DE68913419T2 - Herstellungsverfahren von feldemissions-elektronenquellen und anwendung zur herstellung von emitter-matrizen. - Google Patents
Herstellungsverfahren von feldemissions-elektronenquellen und anwendung zur herstellung von emitter-matrizen.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft die Herstellung von Feldemissionselektronenquellen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Spitzenemitern, die in dichten Netzen aus solchen Quellen zu verwenden sind; sie ist insbesondere auf Triodensysteme oder Anzeigebildschirme anzuwenden.
- Zur Herstellung zweidimensionaler Netze aus Feldemissionsemittern besteht die Elektronenquelle allgemein aus einem auf einem Substrat aufgebrachten Metallemitterkegel, der von einem in einer dünnen dielektrischen Schicht ausgebildeten, isolierenden Hohlraum umgeben ist, wobei diese Schicht an ihrem oberen Teil eine dünne Metallschicht aufweist, die die Extraktionselektrode bildet. Dieser Mikroemitter wird repetitiv mit einer Dichte in der Größenordnung von 10&sup6; Emittern pro cm² auf dem Substrat hergestellt. Die Mikroemitter sind möglicherweise in Gruppen von Elementzellen angeordnet, z.B. in der Größenordnunn von 10³ Emittern oder mehr pro Zelle, wobei jede Zelle eine Emissionsfläche bildet, die am Knoten eines Matrixnetzes aus Kathodenzeilen (Spitzen) und Anodenspalten (Extraktionselektroden) liegt.
- Herstellungsverfahren für solche Feldemissionsemitter sind bekannt. Bei einer ersten Familie von Herstellungsverfahren des Typs, wie er von C.A. SPINDT et al., z.B. in "Journal of Applied Physics, vol. 47, Nr. 12, S. 5248, Dezember 1976" beschrieben ist, wird nach dem Ätzen einer Metallschicht, die auf einer dielektrischen Schicht aufgebracht ist, die ihrerseits auf einem Siliziumsubstrat liegt, die dielektrische Schicht durch Ionenätzen oder chemisches Ätzen geätzt; dann wird in den so gebildeten Löchern in der dielektrischen Schicht eine dünne Schicht auf dem Substrat aufgebracht, wobei sich die Probe um die Achse des Loches dreht, so daß ein Aufbringen in Form eines Kegels realisiert wird. Aufgrund der Drehung können nicht gleichzeitig eine hohe Anzahl von Proben behandelt werden.
- Eine weiteres Verfahren zur Herstellung der Spitzen ist im Stand der Technik beschrieben: es verwendet ein chemisches Ätzen durch Angriff auf eine monokristallinen Substrats entlang von Vorzugsebenen. Diese Technik erfordert eine sehr strenge Kontrolle des chemischen Ätzens, wenn die Bildung von "parasitären Spitzen" aufgrund von Ätzinhomogenitäten minimiert werden soll.
- Nach dem Dokument EP-A-278 405 ist ein Verfahren zur Realisierung von Spitzenkathoden für Elektronenemitterelemente bekannt, nach dem man auf einem Substrat aus einem amorphen Material Spitzen wachsen läßt, auf dem Keimkörner aufgebracht werden. Da das Aufwachsen auf einem amorphen Substrat durchgeführt wird, weist die Form der Spitzen ein zufälliges Wachstum auf. Darüberhinaus können die Spitzen nicht präzise bezüglich der in der Metallschicht ausgebildeten Löcher zentriert werden, die als Elektronenextraktionsgitter dient.
- Nach dem Dokument EP-A-130 650 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters auf einem monokristallinen Substrat vorgeschlagen, aber dort wird keinerlei Verfahren zur Herstellung von emittierenden Kathoden vorgeschlagen, geschweige denn zur Herstellung von Elektronenextraktions-Git terelektroden.
- Nach dem Dokument US-A-4 307 507 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kathodenspitzen bekannt, aber dort schlägt nichts die Herstellung von Elektronenextraktions-Gitterelektroden noch die präzise Positionierung solcher Gitterelektroden bezüglich der Kathoden vor.
- Die bekannten Verfahren ermöglichen es also nicht, einfach ein Netz von Spitzenemittern zu realisieren.
- Der Gegenstand der Erfindung ist ein anderer Typ eines Verfahrens zur Herstellung von Feldemissionsemittern, das nicht die Nachteile der obengenannten Verfahren aufweist.
- Der Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Elektronenquellen und von Feldemissionskathoden, das es ermöglicht, auf einfache Weise Kathodenspitzen zu erhalten, die bezüglich der Achse des Gitterelektrodenlochs gut zentriert sind, wobei die Kathoden durch facettiertes Kristallwachstum gebildet werden und die Elektronenquellen Metall- oder Extraktionsschichten zugeordnete Spitzen sind, die Öffnungen aufweisen, in deren Achse diese Spitzen liegen.
- Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Vorrichtungen, die Feldemissionskathoden mit guten automatischen Justiercharakteristika aufweisen, deren Herstellung durch das automatische Justierverfahren der Erfindung vereinfacht ist.
- Das Verfahren zur Herstellung von Elektronenquellen nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, eine einzige Maske zu verwenden, um in einer ersten, ein monokristallines Substrat überdeckenden Schicht aus lsoliermaterial Fenster zu ätzen, die auf dem Substrat Keimzonen für die Bildung der Spitzen dieser Quellen durch epitaxiales und facettiertes Aufwachsen eines leitenden oder eines Halbleitermaterials abgrenzen, wobei diese Keimzonen wenigstens teilweise elektrisch leitend sind, sowie um zu den Spitzen konzentrische Hohlräume in den Schichten aus leitendem und aus Isoliermaterial zu ätzen, die die erste Schicht aus Isoliermaterial überdecken.
- Das Verfahren nach der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schicht aus einem dielektrischen Material auf einem monokristallinen Substrat aufgebracht wird, daß wenigstens ein Hohlraum in die aufgebrachte Schicht geätzt wird, und daß am Boden jedes Hohlraums durch facettiertes Kristallkeimwachstum auf dem Substrat eine Kathodenspitze gebildet wird, wobei eine als Gitterelektrode dienende Schicht aus einem elektrisch leitenden Material auf der Schicht aus dielektrischem Material gebildet ist.
- Nach einem vorteilhaften Gesichtspunkt der Erfindung wird auf der Schicht aus dem elektrisch leitenden Material eine Schicht aus dielektrischem Material aufgebracht, und in den auf dem Substrat ausgebildeten Schichten werden Öffnungen geätzt, bis das Substrat freigelegt ist.
- Die Elektronenquelle nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie in Reihe ein monokristallines Substrat mit wenigstens einer vorspringenden Kathodenspitze, eine dielektrische Schicht und eine Schicht aus elektrisch leitendem Material aufweist, wobei die Kathodenspitze in einem Hohlraum mit einem Querschnitt beliebiger Form aufgenommen ist, der in diesen beiden Schichten vorgesehen ist, und bezüglich der Öffnung in der leitenden Schicht zentriert ist.
- Das Bauteil ist nach einer Ausführungsform der Erfindung ein Elektrolumineszenzbauteil, das eine Anodenschicht aus einem Elektrolumineszenzmaterial aufweist, die den Hohlraum verschließt, an dessen Boden die Kathodenspitze gebildet worden ist.
- Die Bauteile nach der Erfindung können eine Matrixstruktur aus Zeilen und Spalten aufweisen, wobei jede Matrixkreuzung wenigstens eine Elektronenquelle wie oben definiert aufweist.
- Die vorliegende Erfindung ist leichter zu verstehen bei der Lektüre und der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform als nicht einschränkendem Beispiel, das durch die beigefügte Zeichnung veranschaulicht ist; darin zeigen
- - Fig. 1A, 1B und 1C die allgemeine Struktur eines Spitzenemitters;
- - Fig. 2a bis 2h verschiedene Schritte einer ersten Variante des Verfahrens zur Herstellung von Feldemissionsemittern nach der Erfindung;
- - Fig. 3a bis 3g verschiedene Schritte einer zweiten Variante des Verfahrens zur Herstellung von Feldemissionsemittern nach der Erfindung;
- - Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der nach der Erfindung erhaltenen Elementstruktur;
- - Fig. 5 bis 11 schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung verschiedener aufeinanderfolgender Schritte des Verfahrens der Erfindung;
- - Fig. 12 bis 14 schematische Ansichten zur Veranschaulichung eines Schritts des selektiven chemischen Ätzens nach dem Verfahren der Erfindung, der es ermöglicht, eine bestimmte Facettierung zu erhalten;
- - Fig. 15 und 16 vereinfachte Ansichten zur Veranschaulichung einer Variante des Verfahrens nach der Erfindung;
- - Fig. 17 ein vereinfachter Perspektivschnitt einer Variante einer Elektronenquelle nach der Erfindung;
- - Fig. 18 eine schematische Schnittansicht eines Elektrolumineszenzelements mit einer Elektronenquelle nach der Erfindung; und
- - Fig. 19 bis 23 schematische Ansichten zur Veranschaulichung der Schritte der Herstellung von Bauteilen nach der Erfindung.
- Die Struktur eines Elementemitters ist in Fig. 1A dargestellt: ein monokristallines Substrat 1 aus einem elektrisch leitenden Material (Metall oder Halbleiter) trägt eine mit einer dünnen leitenden Schicht 3 überdeckte lsolierschicht 2; ein in der Isolierschicht 2 und der Metallschicht 3 vorgesehenes Loch ermöglicht die Realisierung einer auf dem Substrat ruhenden, leitenden Spitze 4 für die Emission von Elektronen beim Anlegen eines Potentials zwischen der Spitze 4 (Kathode) und der oberen leitenden Schicht 3 (Gitter).
- Die Struktur von Fig. 1B unterscheidet sich von derjenigen von Fig. 1A darin, daß das Substrat 1' einen Träger 1" aus einem Isoliermaterial aufweist, der mit einer epitaxial aufgebrachten Schicht 1"' aus einem elektrisch leitenden Material bedeckt ist. Die Schicht 1" kann ihrerseits auf einem Träger eines anderen Typs 10' ruhen (vgl. Fig. 1C).
- Das Herstellungsverfahren nach der Erfindung greift auf selektive Epitaxie auf einem Substrat aus Silizium oder aus jedem anderen geeigneten, monokristallinen und leitenden Material zurück, anstelle des Verfahrens mit Metallabscheidung oder durch chemisches Ätzen des Siliziums, wie dies in Fig. 2a bis 2h und in Fig. 3a bis 3g dargestellt ist, wo die gleichen Elemente wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.
- Dafür ist das Ausgangssubstrat 1 typischerweise ein monokristallines Siliziumsubstrat mit Orientierung (100), dessen Abmessungen von 100 bis 150 mm oder höher liegen können und dessen spezifischer Widerstand bei einigen 10&supmin;³ Ohm.cm bis einigen Ohm.cm liegt. Dieses Substrat ist in Fig. 2a und 3a dargestellt.
- Der erste Schritt des Verfahrens besteht bei beiden Verfahren darin, die Oberfläche des Substrats durch thermische Oxidation des Siliziums zu oxidieren, um eine korrekte Dicke aus Kieselerde SiO&sub2; zu erhalten, die allgemein unter 1 um liegt, allerdings auch höher sein kann. Diese Kieselerdeschicht kann auch durch jede andere geeignete Abscheidungsmethode erhalten werden: Verdampfung im Vakuum, Kathoden-Sputtern oder ein CVD-Verfahren wie PECVD ("Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition"), LTO ("Low Temperature Oxide") oder HTO ("High Temperature Oxide"), usw. Das mit seiner Isolierschicht 2 aus Kieselerde versehene monokristalline Substrat 1 ist in Fig. 2b und 3b dargestellt.
- Der zweite Schritt des Verfahrens besteht im Ätzen dieser Kieselerdeschicht in den Zonen, wo die Spitzen gebildet werden sollen. Dafür wird in einem ersten Takt eine gleichmäßige Harzschicht mit einer Dicke in Abhängigkeit von der verwendeten Isolationsmethode aufgebracht, die gegenüber Licht, Röntgenstrahlen, Elektronen oder Ionen empfindlich ist. Diese gleichmäßige Harzschicht wird dann über eine Maske für eine licht- oder röntgenstrahlempfindliche Schicht belichtet oder durch direktes Einschreiben mit Hilfe eines Elektronen- oder Ionenstrahls bestrahlt, um das gewünschte Netz aus Elementfiguren zu erhalten. Jede Elementfigur ist eine bezüglich der kristallographischen Richtungen des Substrats geeignet orientierte Elementzone. Im vorliegenden Fall ist jede Elementfigur ein Quadrat, dessen Seiten parallel zu den Richtungen < 100> oder < 110> des Substrats sind, bei einer Länge zwischen dem Bruchteil eines Mikrometers und einigen Mikrometern; der Netzabstand der Elementfiguren liegt zwischen einigen Mikrometern und einigen zehn Mikrometern. Das Harz wird dann entwickelt, und die Kieselerdeschicht 2 wird in den so in der Harzschicht gebildeten Öffnungen entweder chemisch oder bevorzugt durch RIE (Reactive Ion Etching) geätzt. Sind diese Öffnungen hergestellt, dann wird das restliche Harz entfernt. Die entsprechende Struktur ist in Fig. 2c und 3c dargestellt.
- Die folgende Phase ist diejenige, bei der die Spitzen 4 aus Silizium hergestellt werden. Dafür werden in den in der Kieselerdeschicht geöffneten Fenstern an den freigelegten Zonen 1A des Substrats 1 durch facettierte, selektive Epitaxie Pyramiden hergestellt, die die Spitzen bilden. Diese Epitaxie wird selektiv genannt, da kein Silizium auf der Oberfläche der Kieselerde 2, sondern nur am Boden des Öffnungsfensters aufgebracht wird, das aus monokristallinem Silizium mit der Orientierung < 100> besteht und als Keim für das Kristallwachstum dient. Die Betriebsbedingungen für das Aufwachsen sind andererseits so gewählt, daß eine optimale Facettierung entsteht; diese Facetten sind 45º oder 54,74º von der Substratoberfläche orientiert und sind Facetten mit langsamer Wachstumsrate, wobei die Substratebene die Ebene mit schneller Wachstumsrate ist. So erhält man durch Epitaxie ausgehend von einer in die Kieselerdeoberfläche geätzten, quadratischen Elementzone pyramidenförmige Spitzen 4, die in Fig. 2d und 3d dargestellt sind. Die selektive Epitaxie von Silizium kann entweder bei Atmosphärendruck oder bei reduziertem Druck durchgeführt werden. Bei Atmosphärendruck ist das optimale Gasgemisch eine Mischung aus Silan SiH&sub4;, Wasserstoff H&sub2; und Salzsäure HCl bei einer Temperatur zwischen 1000º und 1100ºC. Bei reduziertem Druck kann das optimale Gasgemisch aus Dichlorsilan SiH&sub2;Cl&sub2;, Wasserstoff H&sub2; und Salzsäure HCl bei einer Temperatur zwischen 850 und 950ºC sein. Ab dieser Epitaxiephase sind zwei Varianten möglich.
- Bei der in Fig. 2e bis 2f dargestellten Variante ist die folgende Phase eine Phase der Metallabscheidung auf der Kieselerdeoberfläche und den Siliziumspitzen. Diese gleichmäßige, dünne Metallschicht 5 mit einer Dicke von weniger als 1 um wird durch Verdampfung, Sputtern oder durch Dampfphasenepitaxie aufgebracht; sie kann vorteilhaft aus Wolfram, einem guten Elektronenemitter gebildet sein.
- In einer folgenden Phase wird dann eine gleichmäßige, dünne Schicht 2' aus einem Dielektrikum auf der Metallschicht aufgebracht; diese Schicht kann wie die Schicht 2 eine Kieselerdeschicht oder eine Siliziumnitridschicht oder auch eine Aluminiumoxidschicht sein. Die Dicke dieser Schicht wird in der Größenordnung von 1 bis einigen Mikron sein.
- Die folgende Phase ist dann das Aufbringen einer zweiten gleichmäßgen, dünnen Metallschicht 3 mit einer Dicke unter 1 um, die durch die gleichen Techniken wie oben, d.h. durch Verdampfung, Sputtern oder durch chemische Abscheidung in der Dampfphase aufgebracht wird. Diese zweite Metallschicht ist dazu bestimmt, die Extraktionselektrode, d.h. die Gitterelektrode des Emitters zu bilden. Dann müssen noch die zweite Metallschicht und die dielektrische Schicht auf der die Kathode 4 des Emitters bildenden Spitze entfernt werden.
- Dazu ist die folgende Phase eine Phase des gleichmäßigen Aufbringens eines Maskierungsharzes wie in der Phase, bei der der die Öffnungen in der Kieselerdeschicht gebildet wurden; dieses Harz ist empfindlich gegen Licht, Röntgenstrahlen, Elektronen oder Ionen. Eine Maskierungsphase entsprechend der gleichen Maske, die für das Ätzen der Kieselerdeschicht verwendet wurde, ermöglicht es, in der folgenden Phase nach dem Entwickeln des Harzes die zweite dünne Metallschicht selektiv zu ätzen und dann die dielektrische Schicht zu entfernen, um die Spitze 4 freizulegen, die mit der ersten dünnen Metallschicht überdeckt ist. Dieses Ätzen kann chemisch durchgeführt werden. Die endgültige Struktur nach dem Ätzen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht ist in Fig. 2h dargestellt.
- Der Abstand zwischen den Elementemittern ist so, daß das zum Steuern dieser Emitter erforderliche Netz in den Intervallen zwischen den Elementemittern durch Ätzen der dünnen Metallschichten realisiert werden kann. Diese Metallschichten könen aus Wolfram bestehen, das besonders gut für die Elektronenextraktion geeignet ist und unter der Wirkung der Elektronen nicht erodiert.
- Bei der zweiten Variante des Herstellungsverfahrens geht man nach der Phase des Aufwachsens durch selektive Epitaxie von Silizium in den Zonen, wo die Kieselerdeschicht entfernt wurde, wie dies in Fig. 3d dargestellt ist, ohne vorheriges Aufbringen einer dünnen Metallschicht direkt zu einer Phase des Aufbringens einer dünnen dielektrischen Schicht 2' auf der aus der Kieselerdeschicht und den Siliziumspitzen gebildeten Einheit über. Diese in Fig. 3e dargestellte dielektrische Schicht 2' besteht möglicherweise aus einem anderen Material als Kieselerde, damit beim späteren Aus schneiden des Dielektrikums dieser Ausschnitt nicht die darunterliegende Kieselerdeschicht 2 berührt. Allerdings ist dies nicht unbedingt erforderlich, da das Ätzen des dielektrischen Materials um den Sockel der Spitze an sich kein Problem darstellt.
- Die folgende Phase, die das Ausschneiden des Dielektrikums 2' ermöglicht, besteht im Aufbringen von Harz, seiner Bestrahlung durch eine Maske und in seiner Entwicklung, dann in der Durchführung eines lokalen Ätzens des Dielektrikums in den Zonen, wo das Harz entfernt worden ist. Die Struktur am Ende dieser Phase ist in Fig. 3f dargestellt.
- Die letzte Phase des Verfahrens besteht im Aufbringen einer dünnen Metallschicht, die es aufgrund der am Ende der vorhergehenden Phase erhaltenen Struktur möglich macht, das Metall gleichzeitig auf der ebenen Fläche zur Bildung der Gitterelektrode 3 des Emitters und auf den Spitzen 4 aus Silizium zur Bildung der emittierenden Kathode aufzubringen.
- Bei dieser Variante des Verfahrens sind die Kathoden der Spitzenemitter nicht durch eine ebene Metallschicht untereinander verbunden, und die Anschlüsse sowie die Elektronenzufuhr zu diesen Emitterspitzen müssen anders duchgeführt werden. In diesem Fall ist das Ausgangssubstrat bevorzugt ein stark n&spplus;-dotiertes Material, so daß die Elektronen z.B. zu den Metallspitzen aus Wolfram geführt werden.
- Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, die die Facetten einer Spitze eines Emitters zeigt, der nach der ersten Variante des Verfahrens hergestellt ist.
- Die Herstellung der erforderlichen Anschlüsse und Elektrodennetze zur Bildung der Elementzellen und dann des Matrixnetzes aus Kathodenzeilen und Gitterelektrodenspalten, um beispielsweise einen Anzeigebildschirm zu bilden, wird im folgenden im einzelnen beschrieben. Es ergibt sich aber aus der vorhergehenden Beschreibung, daß das Herstellungsverfahren für Spitzenemitter nach der Erfindung besonders gut zur Herstllung von Emitternetzen geeignet ist, da es nur Herstellungsphasen verwendet, bei denen mehrere Proben gleichzeitig in der gleichen Epitaxiekammer behandelt werden, ohne daß sich jede Probe in Drehung befinden muß dabei sind die Voraussetzungen zur korrekten Anwendung des Verfahrens, daß das monokristalline Substrat, auf dem das Silizium durch selektive Epitaxie aufgewachsen wird, geeignet orientiert ist, und daß man beim Aufwachsen eine Pyramide mit Facetten erhält, wobei das bei der Epitaxie verwendete Gasgemisch einen geeigneten Anteil von Salzsäure und SiH&sub4; oder SiH&sub2;Cl&sub2; enthält.
- Nach einer anderen Variante des Verfahrens zur Herstllung der Quelle nach der Erfindung geht man von einem monokristallinen Substrat 101 aus. Das Substrat 101 besteht z.B. aus Si oder GaAs oder jedem anderen, geeigneten monokristallinen Material. Dieses Substrat 101 weist eine Flächenorientierung (x, y, z) auf, wobei x, y und z beliebige ganze Zahlen sind. Diese ganzen Zahlen sind bevorzugt, aber nicht einschränkend gleich 0 oder 1, was leicht zugänglichen Seiten wie (100), (110) oder (111) entspricht. Es können auch Substrate mit einer Orientierung (211)?, (221) oder (311) verwendet werden.
- Der erste Schritt des Verfahrens der Erfindung (Fig. 5) besteht im Aufbringen einer dielektrischen Schicht 102 auf dem Substrat 101. Dieses Dielektrikum ist beispielsweise SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4;, und seine Dicke liegt vorteilhaft zwischen etwa 1 bis 2 Mikron. Dieses Aufbringen kann durch bekannte Verfahren wie die Pyrolyse eines Gasgemisches SiH&sub4; + N&sub2;O oder SiH&sub4; + NH&sub3; bei einer Temperatur von etwa 850ºC oder durch plasmaunterstützte Abscheidung bei einer Temperatur von etwa 250ºC durchgeführt werden.
- Der zweite Schritt (Fig. 6) besteht im Aufbringen einer Metallschicht 103, die als Metallisierung für die Extraktionsgitterelektrode dient. Die Dicke der Schicht 103 liegt z.B. bei etwa 0,1 bis 1 Mikron. Das aufgebrachte Material ist vorteilhaft Mo, Pt oder Ni.
- Der dritte Schritt (Fig. 7) besteht im Aufbringen einer Passivierungsschicht 104 aus dielektrischem Material. Diese Schicht 104 ermöglicht es, die Nukleation von polykristallinein Material (z.B. Si) auf der Gitterelektroden-Metallschicht 103 während der Operation der facettierten Epitaxie zu vermeiden und damit diese Epitaxieoperation (im folgenden beschrieben unter Bezug auf Fig. 10) wirksam selektiv zu gestalten. Das Material der Schicht 104 muß sich von dem der Schicht 102 unterscheiden, damit im unten beschriebenen, siebten Schritt diese Schicht 104 selektiv durch chemisches Ätzen entfernt werden kann. Besteht die Schicht 102 z.B. aus Si&sub3;N&sub4;, dann kann die Schicht 104 aus SiO&sub2; bestehen, und besteht diese Schicht 102 aus SiO&sub2;, dann kann die Schicht 104 aus Si&sub3;N&sub4; bestehen. Die Dicke der Schicht 104 beträgt z.B. etwa 0,1 - 1 Mikron.
- Der vierte Schritt (Fig. 8) besteht im Ätzen eines Hohlraums 105 in die Schichten 102 bis 104, um eine Fläche 106 des Substrats 101 freilegen zu können. Die Form und die Abmessungen der Fläche 106 können beliebig sein. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn es um die Herstellung eines Netzes aus Mikrokathoden mit sehr feinem Abstand handelt (charakteristischer Durchmesser oder Abmessung der Hohlräume 105 in der Größenordnung von 0,5 bis 2 Mikron und Repeatschritt in der Größenordnung von 10 Mikron oder weniger), insbesondere da zur Durchführung des Ätzens der Hohlräume 105 eine (nicht dargestellte) Maske aus lichtempfindlichem Harz verwendet werden kann, die auf die Schicht 104 gesetzt und geeignet bestrahlt wird, um die Öffnungen (mit beliebiger Form) der Hohlräume 104 zu bilden. Dann wird das Ätzen durch RIE ("Reactive Ion Etching") durchgeführt. Dies ermöglicht eine automatische Justierung der Spitze jeder Kathode bezüglich der Öffnung der entsprechenden Gitterelektrode, wie sich aus der Lektüre der folgenden Beschreibung ergibt.
- Der fünfte Schritt (Fig. 9), der nicht notwendigerweise in allen Fällen durchgeführt wird, besteht darin, den Querschnitt des Hohlraums 105 in der Schicht 102 durch leichtes chemisches Ätzen zu vergrößeren. Man erhält in dieser Schicht 102 einen Hohlraum 107, und dieser Hohlraum 107 läßt auf dem Substrat 101 eine Fläche 108 frei. Besteht die Schicht 102 aus SiO&sub2;, dann wird dieses Ätzen vorteilhaft mit HF durchgeführt.
- Der sechste Schritt (Fig. 10) besteht darin, unter Bedingung gen einer facettierten, selektiven Epitaxie auf der Fläche 108 (oder auf der Fläche 106, falls man nicht auf den Schritt 5 zurückgreift) eine Pyramide 109 wachsen zu lassen, die als Kristallisationskeim dient. Diese Selektivität des Aufbringens (Aufbringen nur auf der Fläche 108 oder 106) wird beispielsweise in dem Fall, in dem das Substrat und das Abscheidungsmaterial Silizium sind, bei einer Temperatur zwischen etwa 900 und 1100ºC unter Verwendung eines CVD-Reaktors ("Chemical Vapour Deposition") bei Atmosphärendruck oder bei reduziertem Druck erhalten, in den ein Gasgemisch mit gut definierten Anteilen eingebracht wird, das z.B. SiH&sub4; + HCl oder SiH&sub2;Cl&sub2; + HCl verdünnt in Träger-H&sub2; aufweist (vgl. z.B. den Artikel von L. KARAPIPERIS u.a., veröffentlicht in "Proceedings of the 18th International Conference on Solid State Devices and Materials", Tokyo, 1986, S. 713). Im Falle von Galliumarsenid kann die Selektivität des Aufbringens dadurch erreicht werden, daß ein Reaktor des VPE-Typs ("Vapor Phase Epitaxy") bei einer Temperatur zwischen etwa 600 und 800ºC mit der Chloridmethode verwendet wird (z.B. AsCl&sub3; verdünnt in H&sub2; und eine Galliumfeststoffquelle). Zu weiteren Einzelheiten dieser verschiedenen Methoden der selektiven Abscheidung sei auf die französische Patentanmeldung Nr. 88 04437 verwiesen. Die obengenannten Bedingungen der Reaktionstemperatur sowie die Teildrücke der verschiedenen verwendeten Gase, sind in Abhängigkeit von der Orientierung des Substrats eingestellt, um bevorzugt eine Facettierung (111) an den vier Seiten der Pyramide 9 zu erhalten. Diese Facettierung entspricht einem Winkel von etwa 70º an der Spitze der Pyramide, was für die Feldemission günstig ist.
- Im übrigen kann ein selektives Aufbringen von Wolfram W verwendet werden, wodurch es ebenfalls möglich ist, die Spitzen nur an den durch das Ätzen des Dielektrikums 104, der Metallschicht 103 und des weiteren Dielektrikums 102 freigelegten Keimen des monokristallinen Substrats wachsen zu lassen (vgl. z.B. I. BEINGLASS, P.A. GARCINI, Extended Abstract 380, ECS Fall Meeting, Denver CO (Oktober 1981) zu Einzelheiten zu diesem Verfahren).
- Die Zersetzungsreaktion findet in einem CVD-Reaktor bei niedrigem Druck ausgehend von WF6 verdünnt in H&sub2; bei einer Temperatur in der Größenordnung von 600ºC oder höher statt. Um ein facettiertes Wachstum zu erhalten, müssen die Abscheidungs rate, die Temperatur und die Größe der Keimöffnungen gut kontrolliert werden.
- Der siebte Schritt (Fig. 11), der nicht notwendigerweise durchgeführt wird, besteht darin, die Schicht 104 aus dielektrischem Material bevorzugt durch selektives chemisches Ätzen zu entfernen.
- In dem Falle, in dem die durch selektives Aufwachsen erhaltene Facettierung keine Ebenen (111) für die vier Seiten der Pyramide 109 (Fig. 10, 11) ergibt, sieht die Erfindung einen zusätzlichen Schritt eines selektiven chemischen Ätzens vor, der es ermöglicht, diese Facettierung zu erhalten.
- Verwendet man beispielsweise (vgl. Fig. 12) ein Substrat aus Silizium mit Flächenorientierung (100) und greift man zu einer Abscheidung ausgehend von einem Gemisch von SiH&sub4; + HCl in H&sub2; bei etwa 1060ºC, dann erhält man leicht eine Facettierung (110) der Pyramide 109, was einem Winkel von 90º an der Spitze A entspricht (Fig. 13). Allerdings ist es unter dem Gesichtspunkt der Feldemission vorzuziehen, eine Pyramide mit einem Winkel von weniger als 90º an der Spitze zu erhalten. So verwendet man bei dem Beispiel von Fig. 12 nach dem Abscheiden eine Ätzlösung auf der Basis von Hydroxidionen (z.B. KOH oder NaOH) bei einer Temperatur von etwa zwischen 25 und 80ºC. Dieser Lösungstyp weist nämlich die Besonderheit auf, den Siliziumkristall viel schneller (um 100- bis 1000-mal) längs der Richtungen < 100> oder < 110> anzugreifen als längs der Richtung < 111> (vgl. z.B. den Artikel von K.E. BEAN in IEEE Transactions on Electron Devices, ED-25 10, 1185 von 1978). So verschwindet bei dem obengenannten Beispiel (Fig. 12) die durch die Ebene (110) begrenzte Struktur und wird durch eine Struktur 109A ersetzt, die durch durch die Spitze der Pyramide verlaufende Ebenen (111) begrenzt ist; es ist nicht erforderlich, eine zusätzliche Maskierungsoperation durchzuführen. Die Höhe H der Pyramide bleibt unverändert, aber die Abmessungen ihrer Basis nehmen ab. Man kommt von einer Pyramide 109 mit einem Winkel von 90º an der Spitze zu einer Pyramide 109A mit einem Winkel von etwa 70º an der Spitze A' (Fig. 14).
- Zur Durchführung des chemischen Ätzens der Pyramide 109 kann man auch eine Lösung auf der Basis von Ethylendiamin (EDA), von Pyrocatechin und Wasser verwenden und bei etwa 100ºC arbeiten. So erhält man eine hervorragende Selektivität bei den Ätzraten längs der obengenannten kristallographischen Richtungen.
- Nun wird unter Bezug auf Fig. 15 und 16 eine Variante des Verfahrens der Erfindung beschrieben.
- Wie oben beschrieben, besteht der erste Schritt darin, eine Schicht 110 aus dielektrischem Material auf einem Substrat 111 aus einem monokristallinen Material aufzubringen. Der zweite Schritt (Fig. 15) besteht im Ätzen eines Hohlraums 112 in der Schicht 110 mittels RIE.
- Der dritte Schritt besteht darin, direkt, ohne Selektivitätsbedingungen zu schaffen, polykristallines Material 113 auf dem Dielektrikum 110 sowie facettiertes, monokristallines Material 114 auf der Fläche 115 des Substrats aufzubringen, die durch das Ätzen des Hohlraums 112 freigelegt ist, wobei dieses Material 114 eine Pyramide bildet. Damit die Schicht 113 aus gut leitendem Material besteht und als Gitterelektrode dienen kann, wird sie während der Abscheidungsphase sehr stark dotiert. Besteht das Substrat 111 aus Silizium, dann wird die Abscheidung unter Verwendung einer Muttergasphase aus in einem Trägergas (z.B. H&sub2; oder He) verdünntem SiH&sub4; durchgeführt. Zur Verminderung der Abscheidungsrate des Polykristalls auf der Kieselerde 110 (damit man nach Vollendung der Pyramide 114 nicht eine zu dicke Schicht 113 erhält), kann der Gasphase HCl beigegeben werden, allerdings in kontrollierter Menge, um die Nukleation des Polysiliziums 113 auf der Kieselerde 110 nicht zu hemmen. Das Dotiergas ist dann bevorzugt Phosphin PH&sub3;, so daß man stark n-dotiertes Silizium sowohl auf Höhe der monokristallinen Pyramide wie auf Höhe der polykristallinen Abscheidung 113 auf der Kieselerde 110 erhält. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, daß man die Mikrospitze und die Gitterelektrode direkt während der gleichen Operation erhält.
- In Fig. 17 ist eine mögliche Ausführungsform einer Elektronenquelle nach der Erfindung dargestellt. Für diese Ausführungsform ist die Quelle auf einem monokristallinen Substrat 116 gebildet, auf dem eine dielektrische Schicht 117 und dann eine leitende Gitterelektrodenschicht 118 aufgebracht wird. Der in die Schichten 117, 118 geätzte Hohlraum 119 weist eine längliche Form auf, wodurch die Kathode 120 die Form eines gestreckten Prismas aufweist.
- Selbstverständlich können die in den Schichten 102, 103, 104 (Fig. 8) oder in der Schicht 110 (Fig. 15) vorgesehenen Hohlräume eine beliebige Flächenform aufweisen, deren Seiten mit bestimmten Achsen der Ebene des Substrats ausgerichtet sein können oder nicht. Insbesondere wenn das Substrat aus GaAs besteht, wird man wegen der Anisotropie des Wachstums darauf achten, die allgemeine Achse der Öffnungen längs einer Richtung zu orientieren, die eine optimale Facettierung wie z.B. (111) ermöglichen, oder noch um einige Indices höher, wie (221) oder (331).
- Die Elektronenquelle nach der Erfindung kann alleine oder einem Netz von Mikroquellen verwendet werden, um sehr verschiedene Vorrichtungen zu realisieren, indem ihr eine Elektronenbeschleunigeranode sowie gegebenenfalls weitere Elektroden beigefügt werden. So lassen sich Elektrolumineszenzvorrichtungen, HF-Bauteile usw. herstellen. In Fig. 18 ist als nicht einschränkendes Beispiel ein Elektrolumineszenzbauteil 121 dargestellt, das eine Elektronenquelle 122 und eine Anode 123 aus einem Elektrolumineszenzmaterial aufweist, die den Hohlraum 124 verschließt, an dessen Boden die Kathodenspitze 125 gebildet worden ist. Die Quelle 122 weist in Reihe ein monokristallines Substrat 126 z.B. aus Silizium auf, eine erste dielektrische Schicht 127, eine Gitterelektroden-Metallschicht 128 sowie eine zweite dielektrische Schicht 129 auf, die die obengenannte Passivierungsschicht sein kann. Die Anodenschicht 123 wird unter Höchstvakuum auf die Schicht 129 aufgebracht, wie dies z.B. in der EP-A-350 378 (französische Patentanmeldung Nr. 88 09303) beschrieben ist.
- Nun wird ein Verfahren beschrieben, das die Durchführung einer Matrixadressierung jeder Mikrospitze oder von Gruppen aus Mikrospitzen ermöglicht.
- Es wird von einem monokristallinen lsoliersubstrat 130 ausgegangen, auf das ein leitendes oder ein Halbleitermateral 131 heteroepitaxial aufgebracht ist (Fig. 19B). Man kann z.B. ein Material wie heteroepitaxial auf Saphir aufgebrachtes Silizium (SOS für Silicon on Sapphire) verwenden oder auch auf mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkonoxid heteroepitaxial aufgebrachtes Silizium (YSZ für "Yttria Stabilized Zirconia") oder aber Silizium, das heteroepitaxial auf Spinell (MgAl&sub2;O&sub4;) aufgebracht ist, oder jedes andere, dem Fachmann bekannte Verbundsubstrat. Die heteroepitaxiale Siliziumschicht ist typischerweise einige Mikron bis etwa hundert Mikron dick; andererseits ist dieses Silizium stark n-dotiert, so daß es einen spezifischen Widerstand von einigen 10&supmin;³ Ohm.cm aufweist.
- Als Ausgangsstruktur kann vorteilhaft die in Fig. 19A dargestellte vom Typ SIMOX ("Silicon Isolation by IMplantation of Oxygen") verwendet werden, bei der das Silizium der dünnen Schicht 132 von dem Substrat 133 durch eine Schicht 134 isoliert ist, die durch die Ionenimplantation von Sauerstoff oder Stickstoff in sehr starken Dosen gebildet ist (vgl. z.B. den Artikel von H.W. LAM, IEEE, Circuits and Devices Magazine Juli 1987, Vol. 3, Nr. 4, Seite 6 zu weiteren Einzelheiten des Verfahrens). Es läßt sich auch jede dem Fachmann bekannte Methode verwenden, so daß eine dünne Schicht aus monokristallinem Silizium auf einem Dielektrikum erhalten wird, das nicht notwendigerweise monokristallin sein muß; man kann eine Methode der Rekristallisation durch eine Lampe, durch Laser oder durch Elektronenstrahlung verwenden; man kann eine Methode vom SDB-Typ (Silicon Direct Bonding) verwenden, bei der die dünne Schicht durch Kleben und Verdünnung erhalten wird; man kann eine Methode vom Typ der erzwungenen seitlichen Epitaxie verwenden, usw... Auf alle diese Methoden wird beispielsweise in der EP-A-374 001 (französische Patentanmeldung 88 16212) verwiesen.
- Die Abfolge der Operationen wird unter Bezug auf ein Substrat vom Typ SIMOX (Fig. 19a) beschrieben, aber es läßt sich auch ein Substrat des Typs von Fig. 19B verwenden.
- Die dünne Schicht 132 aus Silizium wird vorher durch Epitaxie in Dampfphase auf eine Dicke gebracht, die typischerweise zwischen einigen Mikron und einigen hundert Mikron liegt. Sie wird während dieser Operation auch so dotiert, daß ihr spezifischer Widerstand auf einige 10&supmin;³ Ohm.cm gebracht ist. Dann werden Bänder 135 aus Silizium mit einer Breite geätzt, die typischerweise in der Größenordnung des Repeat-Schritts der Spitzen, also bei etwa 10um liegt, so daß das darunterliegende Dielektrikum SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; zwischen den Bändern freigelegt ist. Diese Bänder sind also gegeneinander isoliert, wie dies Fig. 20 zeigt. Auf dieser Struktur werden nacheinander drei Schichten aufgebracht: ein Gitterelektrodendielektrikum 136, eine Gitterelektrodenmetallisierung 137 und ein Passivierungsdielektrikum 138 (vgl. Fig. 21); man erhält an jedem vorher ausgeschnittenen Band 135 aus monokristallinen Silizium eine Struktur, die mit der in Fig. 7 dargestellten identisch ist. An jedem Band aus monokristallinem Silizium wird die Abfolge der in Fig. 8, 9 und 10 dargestellten Operationen wiederholt, so daß man die in Fig. 22 dargestellte Struktur erhält, wo man auf jedem Band 135 aus monokristallinem Silizium Reihen von Mikrospitzen 139 wachsen ließ. Dann wird die Einheit mit einem lichtempfindlichen Harz bestrichen, und es wird eine (nicht dargestellte) Harzmaske gebildet, die sich in Form von zu den vorher gebildeten Bändern 135 aus monokristallinem Silizium senkrechten Bändern präsentiert. Das obere Dielektrikum 138 und die Metallisierung 137 werden so geätzt, daß zwischen ihnen die verschiedenen, die Gitterelektroden tragenden Bänder isoliert sind; das Gitterelektrodendielektrikum 136 kann so geätzt werden, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist, allerdings ist dies nicht erforderlich.
- Um die Elektronenemission nur an einem Punkt zu erhalten, wird die Zeile j auf etwa 50 Volt vorgespannt, und man hält z.B. die Spalte K auf Masse; oder aber man spannt die Zeile j auf 25 V und die Spalte k auf - 25 V vor, wobei man alle anderen Zeilen und Spalten auf Masse hält. Nur der Punkt A, der am Schnittpunkt der Zeile j und der Spalte k liegt, wird Elektronen emittieren.
- Der Fachmann kann leicht weitere Varianten finden, um ausgehend von der in Fig. 19A oder 19B dargestellten Struktur zu der in Fig. 23 dargestellten Struktur zu gelangen.
Claims (33)
1. Verfahren zur Herstellung von
Feldemissionselektronenquellen, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, eine
einzige Maske zu verwenden, um in einer ersten, ein
monokristallines Substrat (1, 1', 101, 111, 116, 126) überdeckenden
Schicht (2, 102, 110, 117, 127) aus Isoliermaterial Fenster
zu ätzen, die auf dem Substrat Keimzonen für die Bildung der
Spitzen (4, 109, 114, 120, 125) dieser Quellen durch
epitaxiales und facettiertes Aufwachsen eines leitenden oder eines
Halbleitermaterials abgrenzen, wobei diese Keimzonen
wenigstens teilweise elektrisch leitend sind, sowie um zu den
Spitzen konzentrische Hohlräume in den Schichten aus
leitendem Material (3, 5, 103, 113, 128) und aus Isoliermaterial
(2', 129) zu ätzen, die die erste Schicht aus Isoliermaterial
überdecken.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es die folgenden Phasen aufweist:
- Bilden einer ersten Isolierschicht (2) auf der Oberfläche
der monokristallinen Schicht;
- Entfernen der Isolierschicht (2) an Elementzonen, die
bezüglich der kristallographischen Richtungen der Substratebene
geeignet orientiert sind;
- facettiertes epitaxiales Aufwachsen von Silizium in den
damit freiliegenden Elementzonen des Substrats, um die
Spitzen (4) zu bilden;
- Aufbringen einer dünnen Metallschicht (5) und dann einer
zweiten Isolierschicht (2') sowie einer zweiten dünnen
Metallschicht (3) auf der Einheit,
- Entfernen der zweiten Metallschicht und der zweiten
Isolierschicht an den Spitzen, um die mit der ersten, die
Kathoden bildenden Metallschicht überdeckten Spitzen erscheinen zu
lassen, wobei die zweite Metallschicht die Bildung des Netzes
aus den zugehörigen Gitterelektroden durch Ätzen ermöglicht.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es die folgenden Phasen aufweist:
- Bilden einer ersten Isolierschicht (2) an der Oberfläche
der monokristallinen Schicht (1), die stark n&spplus;-dotiert ist;
- Entfernen der Isolierschicht (2) an quadratischen
Elementzonen mit bezüglich der kristallographischen Achsen der
monokristallinen Schicht geeignet orientierten Seiten;
- epitaxiales und facettiertes Aufwachsen eines Metall- oder
Halbleitermaterials in den damit freiliegenden Elementzonen
der monokristallinen Schicht, um die Spitzen (4) zu bilden;
- Aufbringen einer zweiten Isolierschicht (2') an der
Oberfläche der Einheit;
- Entfernen der zweiten Isolierschicht an den Spitzen;
- Aufbringen einer dünnen Metallschicht auf der Einheit, die
sich aufgrund der Geometrie der Einheit am Ende der
vorhergehenden Phase einerseits auf der ebenen Isolationsschicht
absetzt, wodurch die Bildung eines Netzes aus Gitterelektroden
(3) ermöglicht wird, und andererseits auf den Facetten der
pyramidenförmigen Spitzen, um die Emitter-Kathoden (4) zu
bilden.
4. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das epitaxiale
Aufwachsen unter Verwendung einer Muttergasphase durchgeführt wird,
die dotiert und in einem Trägergas verdünnt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Muttergasphase SiH&sub4; aufweist und das Trägergas H&sub2; oder He
ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gasphase HCl beigegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dotiergas PH&sub3; ist.
8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (2)
durch thermische Oxidation der monokristallinen Schicht (1)
hergestellt ist, wobei die Metallschichten aus Wolfram und
die zweite Isolierschicht aus Nitrid gebildet sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Isolierschichten durch
Abscheidung hergestellt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abscheidung durch eines der folgenden Verfahren
realisiert wird: Verdampfung, Kathoden-Sputtern oder ein
CVD-Verfahren.
11. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Schichten in
den Elementzonen durch das Aufbringen eines
Maskierungsharzes, Maskierung und selektives Entfernen der nicht maskierten
Schichten durchgeführt wird.
12. Emittermatrix, die durch das Herstellungsverfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 10 erhalten ist, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Gitterelektrodennetz in die obere, ebene
und dünne Metallschicht geätzt ist, und daß ein Kathodennetz
die Emitterspitzen verbindet.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine Schicht (102, 110) aus einem dielektrischen
Material auf einem monokristallinen Substrat (101, 111)
aufgebracht wird, daß wenigstens ein Hohlraum (105, 112) in die
aufgebrachte Schicht geätzt wird, und daß am Boden jedes
Hohlraums durch facettiertes Kristallkeimwachstum auf dem
Substrat eine Kathodenspitze (109, 114) gebildet wird, wobei
eine als Gitterelektrode (104, 113) dienende Schicht aus
einem elektrisch leitenden Material auf der Schicht aus dem
dielektrischen Material ausgebildet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die polykristalline Schicht (113) aus dem elektrisch
leitenden Material im Verlauf der gleichen Abscheidungsoperation
wie die monokristalline Kathodenspitze (114) gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14 unter Verwendung eines Si-
Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem
elektrisch leitenden Material und die Kathodenspitze unter
Verwendung einer dotierten, in einem Trägergas verdünnten
Muttergasphase gebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Muttergasphase SiH&sub4; aufweist und daß das Trägergas H&sub2;
oder He ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gasphase HCl beigegeben wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das verwendete Dotiergas PH&sub3; ist.
19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht (104) aus elektrisch leitendem Material vor dem
Ätzen des Hohlraums auf der dielektrischen Schicht gebildet
wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Schicht aus elektrisch leitendem Material eine zweite
Schicht (104) aus dielektrischem Material aufgebracht wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das die zweite dielektrische Schicht
(104) bildende Material von dem die erste dielektrische
Schicht (102) bildenden Material verschieden ist, und daß der
Querschnitt des Hohlraums in der ersten dielektrischen
Schicht durch selektives chemisches Ätzen vergrößert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 für eine erste dielektrische
Schicht aus SiO&sub2;, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive
chemische Ätzen mit Hilfe von HF realisiert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spitze der Mikrokathode unter
Bedingungen einer facettierten, selektiven Epitaxie gebildet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23 für ein Substrat aus Si,
dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Epitaxie in einem
CVD-Reaktor bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100ºC
unter Verwendung eines Gasgemisches realisiert wird, das
SiH&sub4; + HCl oder SiH&sub2;Cl&sub2; + HCl in Trägerwasserstoff enthält.
25. Verfahren nach Anspruch 23 für ein Substrat aus AsGa,
dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Epitaxie zwischen
600 und 800ºC in einem VPE-Reaktor unter Verwendung eines
Gasgemisches durchgeführt wird, das in H&sub2; verdünntes AsCl&sub3;
aufweist, sowie einer Galliumfeststoffquelle.
26. Verfahren nach Anspruch 23 für ein Substrat aus AsGa,
dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Epitaxie in einem
MOCVD-Reaktor bei reduziertem Druck realisiert wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (104) aus
dielektrischem Material durch selektives chemisches Ätzen entfernt
wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüch 13 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß dann, wenn durch die Facettierung der
Kathodenspitze keine Ebenen (111) erhalten werden können, zu
einem späteren selektiven chemischen Ätzen dieser Spitze
gegriffen wird, um die Facettierung (111) zu erhalten.
29. Verfahren nach Anspruch 28 für ein Substrat aus Si,
dadurch gekennzeichnet, daß für das selektive chemische Ätzen
eine Lösung auf der Basis von Hydroxidionen wie KOH oder NaOH
verwendet wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
für das selektive chemische Ätzen eine Lösung auf der Basis
von Ethylendiamin verwendet wird.
31. Bauteil, das eine nach dem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 11 oder 13 bis 30 hergestellte Elektronenquelle
verwendet.
32. Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bauteil ein Elektrolumineszenzbauteil (121) ist, das eine
Anodenschicht (123) aus einem Elektrolumineszenzmaterial
aufweist, die den Hohlraum (124) verschließt, an dessen Boden
die Kathodenspitze (125) gebildet worden ist.
33. Bauteil nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine Matrixstruktur in Zeilen und Spalten aufweist.
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