DE69116859T2 - Elektronenquelle und herstellungsverfahren - Google Patents
Elektronenquelle und herstellungsverfahrenInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenquelle und ihr Herstellungsverfahren.
- Die Erfindung gehört in den Bereich von Feldeffekt- Mikrokathoden und erlaubt es, auf der ganzen Oberfläche der fraglichen Vorrichtungen eine Elektronenemission in Form von parallelen Strahlen zu erhalten, die von je einer Mikrospitze ausgehen.
- Die Erfindung besteht darin, eine zweite, zur Gate- Elektrode koplanare Elektrode einzufügen, deren Vorspannung so angepaßt ist, daß sich die Fokussierung jedes Mikrostrahls ergibt.
- Die Figur 1a zeigt das Prinzipschema einer Feldeffekt-Mikrokathode. Aufgrund der geringen Abmessungen der Basisstruktur kann man einige 10&sup6; gleiche Elemente wie das in Figur 1a gezeigte je cm² zusammenfassen (siehe Figur 1b), was einen Vorteil bei der Herstellung insbesondere von Elektronenkanonen darstellen kann. Einer der Nachteile einer solchen Mikrokathode besteht insbesondere in dem erheblichen Öffnungswinkel des von jeder Spitze ausgesendeten Strahls. Figur 2 zeigt diese Situation schematisch. Aufgrund des großen Öffnungswinkels in Höhe jeder Mikrospitze erscheint es sehr schwierig, die von einem solchen Netz von Mikrokathoden ausgesendeten Elektronenstrahlen zu fokussieren (siehe Figur 3) oder zu behandeln, was den praktischen Nutzen stark einschränkt.
- Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, der Struktur aus Figur 1a eine zweite Gate-Elektrode hinzuzufügen, die über der ersten liegt und auf ein niedrigeres Potential gebracht ist, wodurch der von jeder Mikrospitze ausgehende Strahl (Figur 4) abgesehen von einigen Verzerrungen parallel gemacht wird. Auf diese Weise kann man die Fokussierung aller von einem Netz von Mikrokathoden ausge hender Strahlen mit Hilfe einer klassischen elektronischen Optik (siehe Figur 5) in Betracht ziehen.
- Einer der Nachteile der in Figur 4 gezeigten Struktur besteht darin, daß die zweite Elektrode über dem Extraktionsgate liegt und durch ein zweites Dielektrikum D2 davon isoliert ist, das eine etwa gleich große Dicke wie das Dielektrikum des Gates D1 besitzen muß aufgrund der zu verwendenden Fokussierspannungen. Für Gatedurchmesser von etwa 1 µm kann es aufgrund des großen Öffnungswinkels des ausgesendeten Strahls vorkommen, daß ein nicht vernachlässigbarer Teil des von jeder Mikrospitze ausgehenden Strahlstroms sowohl das Dielektrikum D2, das die Fokussierelektrode G2 trägt, als auch diese Fokussierelektrode trifft. Hinsichtlich des Dielektrikums D2 kann dies einerseits zu Problemen der Aussendung von Sekundärelektronen führen, die den Hauptstrahl stören, und andererseits zu Problemen des Auftretens von elektrostatischen örtlichen Ladungen, die örtlich jeden ausgesendeten Mikrostrahl verformen können. Was nun die Fokussierelektrode G2 angeht, so könnte das Auftreffen eines zu großen Stroms zu ihrer Zerstörung führen. Eine Lösung dieses Problems besteht natürlich darin, das Dielektrikum D2 und die Elektrode G2 bezüglich der Öffnung des Gates zurückgesetzt anzuordnen, wie dies in Figur 6 gezeigt ist.
- Es erscheint jedoch nicht so leicht, diese Zurücksetzung über große Oberflächen (in der Größenordnung von einem bis zu einigen cm²) gleichmäßig zu kontrollieren, und die vorliegende Erfindung bietet eine andere Lösung dieses Fokussierproblems an.
- Die Erfindung betrifft also eine Elektronenquelle mit einem Substrat, einer dielektrischen Schicht mit mindestens einem Hohlraum, in dem eine Kathodenelektrode in Form eines Vorsprungs angeordnet ist, mit einer ersten Gate-Elektrode, die auf der Oberseite der dielektrischen Schicht liegt und zumindest teilweise den Hohlraum umgibt, init mindestens einer zweiten Gate-Elektrode, die auf derselben Seite wie die erste Gate-Elektrode bezüglich der Oberseite der dielektrischen Schicht liegt, wobei die erste Gate-Elektrode zwischen dem Hohlraum und der zweiten Gate-Elektrode liegt und die beiden Elektroden gegeneinander isoliert sind und wobei beide Gate-Elektroden auf der Oberseite der dielektrischen Schicht angeordnet sind.
- Eine solche Elektronenquelle ist aus der Druckschrift EP-A-0 395 158 bekannt. Die Elektronenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der aus der Druckschrift EP-A-0 395 158 dadurch, daß die zweite Gate- Elektrode dicker als die erste ist.
- Die verschiedenen Gegenstände und Merkmale der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Die Figuren 1a bis 6 zeigen die bereits oben erläuterte bekannte Technik.
- Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle.
- Die Figuren 8a bis 8k zeigen verschiedene Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung.
- Figur 9 zeigt ein Beispiel für eine Schaltung zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Quelle.
- Die Figuren 10a bis 10b zeigen Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Variante.
- Figur 11 zeigt eine erfindungsgemäße Variante einer Elektronenquelle.
- Die Figuren 12a bis 12e zeigen eine Variante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
- Die Figuren 13a und 13b zeigen Beispiele von Emissionskurven einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Erfindungsgemaß wird die Verwendung einer Fokussierelektrode vorgeschlagen, die nicht mehr über der Gate-Elektrode, wie in den Figuren 4 oder 6 gezeigt, liegt, sondern in Form von köplanaren Elektroden vorliegt, wie dies Figur 7 zeigt. Die koplanaren Elektroden sind die Gate-Elektroden VG1 und VG2, die auf der dielektrischen Schicht sitzen und den Hohlraum CA umgeben, in dem eine Mikrokathode MP angeordnet ist. Das Gate VG1 dient als Extraktionsgate für die Elektronen, während das Gate VG2 als Fokussiergate dient.
- Gemäß einer Variante der Erfindung umgibt die Gate- Elektrode VG2 teilweise die erste Gate-Elektrode VG1. Gemäß einer anderen Variante umgibt die Gate-Elektrode VG2 ganz den Hohlraum CA und die erste Elektrode VG1.
- Nun wird ein Herstellungsverfahren mit automatischer Ausrichtung für eine solche Vorrichtung beschrieben.
- Man geht von einem Substrat 1 aus, vorzugsweise Silizium (100) oder (111), auf das man nacheinander eine Schicht 2 von Si&sub3;N&sub4; (Dicke 0,1 µm), eine Schicht 3 aus SiO&sub2; (Dicke 1 µm) und eine Schicht 4 aus polykristallinem, sehr feinkörnigem, hochdotiertem Silizium (einige 10&supmin;³ Ωcm) aufbringt, d.h. mit einem CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) bei hoher Temperatur (und damit vorzugsweise niedrigem Druck typisch im Bereich zwischen 10 und 300 Torr).
- So ergeben sich die in Figur 8a gezeigten Schichten. Es sei bemerkt, daß man auch als Ausgangssubstrat ein sogenanntes SOI-Plättchen (Silicon on Insulation) verwenden könnte, das durch das sogenannte SIMOX-Verfahren erhalten wird (indem man eine Stickstoffionenimplantierung und dann eine Sauerstoffionenimplantierung durchführt) oder auch durch ein Rekristallisierungsverfahren in der flüssigen Phase erhalten wird (hinsichtlich Einzelheiten dieser verschiedenen Verfahren wird verwiesen auf IEEE Circuit and Device Magazine, Vol. 3 und 4, Juli und November 1987).
- Der Vorteil eines SOI-Plättchens besteht darin, daß das Silizium auf der Isolierschicht monokristallin ist. Die Fortsetzung des Verfahrens wird nun beschrieben unter der Voraussetzung, daß von einer Abscheidung von polykristallinem Silizium ausgegangen worden ist.
- In die Schicht 4 aus Silizium auf der Isolierschicht 3 wird das in den Figuren 8b und 8c im Schnitt bzw. von oben gezeigte Muster eingraviert. Dies ist der einzige Schritt mit einer Maske in dem Verfahren (siehe weiter unten). Man graviert so mindestens eine erste Öffnung H01 in das Halbleitermaterial oder leitende Material 4 sowie eine zweite Öffnung H02, die die erste Öffnung H01 umgibt. Die Breite der Gravierung der ersten Öffnung ist größer als die der Gravierung der zweiten Öffnung. Man bemerkt, daß es sich nicht um eine Gravur im Submikrometerbereich handelt und daß daher die vorhergehende Lithographieoperation in klassischer Optik durchgeführt werden kann, was einen Vorteil bildet. Später wird eine Variante des Verfahrens beschrieben werden, die beispielsweise eine elektronische Maske erfordert.
- Dann erfolgt ein selektives Abscheiden von Silizium. Dieser Schritt verwendet das CVD-Verfahren mit einer Mischung von SiH&sub4; + HCl oder SiH&sub2;Cl&sub2; + HCl als Reaktionsgase. Wenn man Polykristalle abscheidet, arbeitet man bei niederer Temperatur und damit vorzugsweise bei verringertem Druck. Dieser Schritt ist in Figur 8d angedeutet.
- Die aufgebrachte Schicht wird oxidiert, so daß sich die kleineren Zwischenräume mit Siliziumoxid füllen (siehe Figur 8e), während größere Öffnungen in gleichmäßigen Abständen an den Stellen mit den größeren Abmessungen verbleiben. Die Maske aus Figur 8a und 8c ist hierfür geeignet (typische Abmessungen der Abstände 1,5 bzw. 2 pm).
- Eine in Figur 8f gezeigte Variante besteht darin, eine dickere Siliziumschicht ursprünglich zu verwenden (beispielsweise 1 µm dick) und unmittelbar eine Gravur im Submikrometerbereich (z.B. 0,5 µm) an den Stellen durchzuführen, an denen man will, daß die beiden Oxidationsfronten sich berühren. So erhält man nach der Oxidierung eine ähnliche Struktur wie in Figur 8e. Der Nachteil dieser Variante liegt in der Notwendigkeit, eine elektronische Maskierung für Muster im Submikrometerbereich verwenden zu müssen (Abmessungen von 0,5 um). Dagegen kann man so auf den selektiven epitaxialen Wachstumsschritt gemäß Figur 8d verzichten.
- Dann erfolgt eine reaktive lonenätzung (RIE - Reactive Ion Etching) unter Verwendung des vorher gebildeten SiO&sub2; als Maske. Das Ätzen wird beendet, sobald Blöcke von polykristallinem Silizium sichtbar werden (Figur 8g).
- Dann erfolgt ein chemisches Ätzen in einem Bad von gepfropftem HF, so daß in der Isolierschicht 3 die in Figur 8h gezeigten Vertiefungen entstehen. Gleichzeitig wird das in dem vorhergehenden Oxidationsschritt (Figur 8c) gebildete Siliziumoxid des oberen Bereichs entfernt.
- Nun erfolgt wieder eine leichte Oxidation der Blöcke aus polykristallinem Silizium, so daß die kristallinen Oberflächen passiviert werden (Figur 8i).
- Es sei bemerkt, daß das durch die Schicht aus Si&sub3;N&sub4; geschützte Substrat aus Si bei diesem Behandlungsschritt nicht oxidiert wird.
- Dann entfernt man in den Vertiefungen das Si&sub3;H&sub4; (beispielsweise durch selektives Ätzen mit H&sub3;PO&sub4;), um örtlich das Siliziumsubstrat freizulegen (Figur 8j).
- Nun erfolgt in den vorher definierten Vertiefungen und ausgehend von freigelegten Substratkeimen ein facettenreines und örtlich begrenztes Kristallwachstum unter selektiven epitaxialen Wachstumsbedingungen (Figur 8k). Dieser Schritt wird im einzelnen in den französischen Patentanmeldungen 88 03 949 und 89 03 151 beschrieben. Beispielsweise kann dieses epitaxiale Aufwachsen in einem MOCVD-Reaktor (Metalorganic Chemical Vapor Deposition - epitaxiales Wachstum von Organometallen aus der Dampfphase) bei verringertem Druck erfolgen.
- Beispielsweise kann für ein Siliziumsubstrat dieser Wachstumsvorgang durch selektive Epitaxie in einem CVD- Reaktor bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100ºC unter Verwendung einer Gasmischung mit SiH&sub4; + HCl oder SiH&sub2;Cl&sub2; + HCl in Wasserstoffträgergas erfolgen. Für ein Substrat aus AsGa kann dieses selektive Aufwachsen zwischen 600 und 800ºC in einem VPE-Reaktor unter Verwendung einer Gasmischung erfolgen, die AsCl&sub3; verdünnt in H&sub2; und eine Gallium-Feststoffquelle verwendet.
- Wenn die Facettenbildung der gewünschten Kathodenspitze nicht die Ebenen (111) ergibt, ätzt man danach die Spitze selektiv so ab, daß sich diese Facetten (111) ergeben.
- Nun entfernt man die Passivierungsschicht aus SiO&sub2;, so daß sich die Struktur gemäß Figur 9 ergibt, in der auch die notwendigen Vorspannungen angegeben sind.
- Man kann so in den Mikrovertiefungen der Figur 8j ein Kristallwachstum vom Typ "whiskers" durchführen, wie es in der französischen Patentanmeldung 90 02 258 vom 23.2.1990 beschrieben ist. Hierzu scheidet man zuerst in den Mikrovertiefungen eine dünne Schicht aus Gold oder Galhum oder aus einem anderen dem Fachmann bekannten Material ab, das eine eutektische Verbindung mit dem Silizium eingeht. Diese Abscheidung kann wie in Figur 12a bis 12e gezeigt aufgebracht werden. Man beginnt, indem gleichmäßig eine Schicht aus z.B. Gold unter Verwendung eines Verfahrens wie z.B. Kathodenzerstäubung oder Verdampfung im Vakuum (12a) eingesetzt wird. Dann bringt man ein flüssiges Harz vom Typ "photoresist" auf, wobei diesem Schritt eine spannungsaktive Vorbehandlung mit Hilfe eines "primer" vorausgehen kann, damit das Harz gut in die Mikrovertiefungen eindringt (Figur 12b). Dieses Harz wird dann bei 70 bis 120ºC je nach Typ polymerisiert,
- Nun wird das Harz in einem Plasma auf Sauerstoffbasis abgetragen, so daß das Harz im oberen Teil der Vorrichtung entfernt wird, nicht aber in den Mikrovertiefungen, so daß die Goldschicht in Kontakt mit dem Substrat geschützt wird (Figur 12c).
- Mit Hilfe zum Beispiel einer Lösung aus I&sub2;/KI entfemt man das Gold im oberen Teil der Vorrichtung, wobei jedoch die Schicht in Kontakt mit dem Substrat, die durch das Harz bedeckt ist, geschützt bleibt (Figur 12d).
- Nun wird das Harz mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels in den Mikrovertiefungen entfernt, und die Vorrichtung ist nun bereit für das Aufwachsen von "whiskers", wie dies in der französischen Patentanmeldung 90 02 258 beschrieben ist.
- Nun wird eine Variante beschrieben, die eine geringfügig unterschiedliche Struktur ergibt, aber die Fokussierung des Elektronenstrahls verbessert, der von jeder Mikrospitze ausgeht.
- Diese Variante ist in Figur 10 gezeigt.
- Man beginnt mit der Struktur aus Figur 89 und oxidiert leicht das oberflächliche polykristalline Silizium (Figur 10a).
- Nun erfolgt ein zweites Maskenätzen, um dieses Oxid auf den Blöcken der Gates VG2 zu entfernen (siehe Figur 10b).
- Es sei bemerkt, daß dieses Maskenätzen nicht besonders schwierig ist, da es keine sehr genaue Ausrichtung erfordert. Es reicht nämlich, wenn die beiden Nachbarblöcke VG1 des Blocks VG2 bedeckt sind. Die Grenze der Maske kann an beliebiger Stelle auf dem Siliziumoxid verlaufen, das die Blöcke VG2 und VG1 voneinander trennt.
- Sobald die Blöcke des Typs VG2 freigelegt sind (während die Blöcke VG1 immer noch durch die Siliziumoxidmaske bedeckt sind), führt man einen zweiten epitaxialen Wachstumsschritt durch, wie er in Verbindung mit Figur 8d beschrieben wurde, um die in Figur loc gezeigte Struktur zu erhalten. Die Oberseite des Blocks VG2 liegt in einer höheren Ebene als die der Blöcke VG1, Außerdem ergab sich während dieses Schritts eine seitliche Vergrößerung des Blocks des Gates VG2, die der Vergrößerung in senkrechter Richtung äquivalent ist (0,5 µm in Figur 10c).
- Nun wird das Siliziumoxid im oberen Bereich zwischen den Blöcken VG1 und VG2 entfernt und zugleich werden die Mikrovertiefungen hergestellt (Figur 10d).
- Danach werden die in Verbindung mit den Figuren 8i bis 8k beschriebenen Schritte durchgeführt, so daß sich schließlich eine Struktur wie in Figur 11 gezeigt ergibt.
- Die Figuren 9 und 11 zeigen auch die elektrischen Anschlüsse der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Die Vorrichtung gemäß Figur 11 wurde ergänzt durch eine Anode A, die den Mikrospitzen wie z.B. MP gegenüberliegt. Eine Elektronenemission kann nun zwischen einer Mikrospitze MP und der Anode erfolgen.
- Hierzu legt man bestimmte Potentiale von einer oder mehreren Spannungsquellen an eine Mikrospitze MP, ein Gate VG1, ein Gate VG2 und an die Anode A.
- Wenn beispielsweise eine Mikrospitze sich auf einem Bezugspotential VR befindet, besitzen die anderen Elektroden folgende Potentiale:
- - Gate VG1: höheres Potential als das Bezugspotential VR;
- - Gate VG2: niedrigeres Potential als das Bezugspotential VR;
- - Anode A: höheres Potential als das von VG1.
- Unter diesen Bedingungen ergibt sich beispielsweise eine Fokussierung eines von einer Mikrospitze ausgehenden Strahls auf die Anode oder auch ein paralleler Strahl.
- Durch Modellbildung wurde ein paralleler Elektronenstrahl, wie er in Figur 13a gezeigt ist, mit folgenden Spannungen erreicht:
- - Mikrospitze MP: 0 Volt
- - Gate VG1 : 100 Volt
- - Gate VG2 : -50 Volt
- - Anode A : 110 Volt
- Weiter wurde ein fokussierter Strahl (wie in Figur 13b) unter folgenden Bedingungen erreicht:
- - Mikrospitze MP: 0 Volt
- - Gate VGL : 100 Volt
- - Gate VG2 : -60 Volt
- - Anode A : 110 Volt
- Selbstverständlich ist die obige Beschreibung nur als Beispiel zu verstehen und andere Varianten können in Betracht gezogen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Reihenfolge der Schritte der beschriebenen Verfahren geändert werden und andere Materialien als die oben angegebenen können verwendet werden. Insbesondere kann man ein beliebiges anderes Halbleitermaterial statt Silizium verwenden. Die Abmessungen der Schichten und der Ätzungen sowie die Verfahrensbedingungen können geändert werden.
Claims (14)
1. Elektronenquelle, die auf einem Substrat (1) eine
dielektrische Schicht (D1) mit mindestens einem Hohlraum (CA), in
dem eine Kathodenelektrode (MP) in Form eines Vorsprungs
angeordnet ist, eine erste Gate-Elektrode (VG1), die auf der
Oberseite der dielektrischen Schicht (D1) liegt und zumin
dest teilweise den Hohlraum (CA) umgibt, und mindestens eine
zweite Gate-Elektrode (VG2) enthält, die auf derselben Seite
wie die erste Gate-Elektrode (VG1) bezüglich der Oberseite
der dielektrischen Schicht liegt, wobei die erste Gate-
Elektrode zwischen dem Hohlraum und der zweiten
Gate-Elektrode liegt und die beiden Elektroden gegeneinander isoliert
sind und wobei beide Gate-Elektroden auf der Oberseite der
dielektrischen Schicht (D1) angeordnet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Gate-Elektrode (VG2) dicker als die
erste Gate-Elektrode (VG1) ist.
2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Gate-Elektrode (VG2) einen Bereich besitzt,
der höher als die erste Gate-Elektrode (VG1) liegt.
3. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Gate-Elektrode (VG2) teilweise die erste
Gate-Elektrode (VG1) umgibt.
4. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Gate-Elektrode (VG1) am Rand des Hohlraums
(CA) liegt und diesen ganz umgibt, während die zweite Gate-
Elektrode (VG2) ganz die aus dem Hohlraum und der ersten
Gate-Elektrode gebildete Einheit umgibt.
5. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie auch eine Anode (A), die der Kathode gegenüberliegt,
sowie Vorspannungsmittel aufweist, die folgende Potentiale
liefern:
- für die Kathode (MP) ein bestimmtes Potential (VR),
- für die erste Gate-Elektrode (VG1) ein höheres
Potential als das bestimmte Potential (VR),
- für die zweite Gate-Elektrode (VG2) ein niedrigeres
oder gleich hohes Potential wie das bestimmte Potential
(VR),
- für die Anode (A) ein höheres Potential als das der
ersten Gate-Elektrode (VG1).
6. Verfahren zur Herstellung von Elektronenquellen, dadurch
gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte enthält:
a) Aufbringen einer Schicht (3) aus einem
dielektrischen Material auf ein Substrat (1),
b) Aufbringen einer Schicht (4) aus einem
halbleitenden oder leitenden Material auf die vorhergehende Schicht,
c) Ausätzen mindestens einer ersten Öffnung (HO1) aus
der Schicht (4) halbleitenden oder leitenden Materials und
einer zweiten Öffnung (HO2), die die erste Öffnung (HO1)
umgibt, wobei die Breite der ersten Öffnung größer als die
der zweiten Öffnung ist und der Bereich der halbleitenden
oder leitenden Schicht (4) zwischen den beiden Öffnungen für
die Herstellung einer ersten Gate-Elektrode und der Bereich
der halbleitenden oder leitenden Schicht (4) um die zweite
Öffnung herum zur Herstellung einer zweiten Elektrode
bestimmt ist,
d) Oxidierung der Schicht (4) aus halbleitendem oder
leitendem Material, so daß die zweite Öffnung sich durch
Oxidation schließt,
e) Anätzen der Schicht (3) aus dielektrischem
Material durch die erste Öffnung (HO1) bis zur Schicht (4) aus
halbleitendem oder leitendem Material,
f) Oxidierung der Schicht (4) aus haibleitendem oder
leitendem Material,
g) Entfernung des Oxids oberhalb des Materials, das
für die zweite Elektrode bestimmt ist,
h) selektives Aufwachsen von halbleitendem oder
leitendem Material, so daß sich für die zweite Elektrode
eine höhere Ebene als die Oberseite der ersten Elektrode
ergibt,
i) Entfernung des Oxids zwischen den beiden
Elektroden und Bildung von Mikrovertiefungen im dielektrischen
Material (3) durch die erste Öffnung (HO1) hindurch bis zum
Substrat,
j) Herstellung einer Kathode (Mikrospitze MP) in der
ersten Öffnung durch selektives Kristallwachsen in einem
Reaktor (CVD).
7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abätzen (Schritt C) des halbleitenden oder
leitenden Materials (4) ein Abätzen im Submikrometerbereich
an der Stelle bedeutet, an der man will, daß die beiden
Oxidationsfronten sich berühren.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Herstellung der Kathode (MP) durch Aufbringen einer
eutektischen Legierung in einen Hohlraum und durch
vertikales Aufwachsen ausgehend von dieser eutektischen Legierung
erfolgt.
9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Schritt (e) das oxidierte
halbleitende oder leitende Material entfernt wird, worauf die Kathode
MP) folgendermaßen gebildet wird:
- Aufbringen einer eutektischen Legierung auf die
Struktur,
- Aufbringen eines Harzes auf die Struktur,
- Abätzen des Harzes außer im Hohlraum (CA),
- Entfernung der eutektischen freigelegten Legierung,
- Entfernung des Harzes außer im Hohlraum,
- vertikales Aufwachsen einer Kathode (MP) ausgehend
von der eutektischen Schicht in dem Hohlraum.
10. Verfahren nach Anspruch 6 für eine erste dielektrische
Schicht aus SiO&sub2;, dadurch gekennzeichnet, daß der selektive
chemische Ätzvorgang mit Hilfe von HF erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 6 für ein Substrat aus Si,
dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Aufwachsen in
einem CVD-Reaktor bei einer Temperatur zwischen 900 und
1100ºC unter Verwendung einer Gasmischung erfolgt, die SiH&sub4; +
HCl oder SiH&sub2;Cl&sub2; + HCl in Wasserstoffträgergas enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 6 für ein Substrat aus AsGa,
dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Aufwachsen
zwischen 600 und 800ºC in einem VPE-Reaktor unter Verwendung
einer Gasmischung, die AsCl&sub3; verdünnt in H&sub2; enthält, und
einer Gallium-Feststoffquelle erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 6 für ein Substrat aus AsGa,
dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Aufwachsen in
einem MOCVD-Reaktor bei reduziertem Druck erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß,
falls die Facettenbildung der Spitze der Kathode nicht
Ebenen (111) ergibt, später eine selektive chemische
Anätzung dieser Spitze durchgeführt wird, bei der sich diese
Facettenbildung (111) ergibt.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007010462A1 (de) | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Josef Sellmair | Verfahren zur Herstellung einer Teilchenstrahlquelle |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0545621B1 (de) * | 1991-11-29 | 1995-09-06 | Motorola, Inc. | Herstellungsverfahren einer Feldemissionsvorrichtung mit integraler elektrostatischer Linsenanordnung |
| JPH07104679A (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-21 | Futaba Corp | 電界放出形蛍光表示装置 |
| US5528103A (en) * | 1994-01-31 | 1996-06-18 | Silicon Video Corporation | Field emitter with focusing ridges situated to sides of gate |
| US5644187A (en) * | 1994-11-25 | 1997-07-01 | Motorola | Collimating extraction grid conductor and method |
| JPH0982214A (ja) * | 1994-12-05 | 1997-03-28 | Canon Inc | 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置 |
| JP2812356B2 (ja) * | 1995-02-24 | 1998-10-22 | 日本電気株式会社 | 電界放出型電子銃 |
| FR2737041A1 (fr) * | 1995-07-07 | 1997-01-24 | Nec Corp | Canon a electrons pourvu d'une cathode froide a emission de champ |
| JPH1012127A (ja) * | 1996-06-24 | 1998-01-16 | Nec Corp | 電界電子放出装置 |
| JP3171121B2 (ja) * | 1996-08-29 | 2001-05-28 | 双葉電子工業株式会社 | 電界放出型表示装置 |
| JP2891196B2 (ja) * | 1996-08-30 | 1999-05-17 | 日本電気株式会社 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
| JP3745844B2 (ja) * | 1996-10-14 | 2006-02-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子管 |
| US6013974A (en) * | 1997-05-30 | 2000-01-11 | Candescent Technologies Corporation | Electron-emitting device having focus coating that extends partway into focus openings |
| US6002199A (en) * | 1997-05-30 | 1999-12-14 | Candescent Technologies Corporation | Structure and fabrication of electron-emitting device having ladder-like emitter electrode |
| FR2766011B1 (fr) | 1997-07-10 | 1999-09-24 | Alsthom Cge Alcatel | Cathode froide a micropointes |
| US6171164B1 (en) | 1998-02-19 | 2001-01-09 | Micron Technology, Inc. | Method for forming uniform sharp tips for use in a field emission array |
| US6107728A (en) * | 1998-04-30 | 2000-08-22 | Candescent Technologies Corporation | Structure and fabrication of electron-emitting device having electrode with openings that facilitate short-circuit repair |
| FR2780803B1 (fr) | 1998-07-03 | 2002-10-31 | Thomson Csf | Commande d'un ecran a cathodes a faible affinite electronique |
| FR2780808B1 (fr) | 1998-07-03 | 2001-08-10 | Thomson Csf | Dispositif a emission de champ et procedes de fabrication |
| FR2784225B1 (fr) * | 1998-10-02 | 2001-03-09 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons a cathodes emissives comportant au moins une electrode de protection contre des emissions parasites |
| FR2814277A1 (fr) * | 2000-09-19 | 2002-03-22 | Thomson Tubes & Displays | Canon pour tube a rayons cathodiques comportant des cathodes a micropointes |
| FR2829873B1 (fr) * | 2001-09-20 | 2006-09-01 | Thales Sa | Procede de croissance localisee de nanotubes et procede de fabrication de cathode autoalignee utilisant le procede de croissance de nanotubes |
| FR2832995B1 (fr) * | 2001-12-04 | 2004-02-27 | Thales Sa | Procede de croissance catalytique de nanotubes ou nanofibres comprenant une barriere de diffusion de type alliage nisi |
| US6960876B2 (en) * | 2003-02-27 | 2005-11-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electron emission devices |
| FR2879342B1 (fr) * | 2004-12-15 | 2008-09-26 | Thales Sa | Cathode a emission de champ, a commande optique |
| US7402942B2 (en) * | 2005-10-31 | 2008-07-22 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electron emission device and electron emission display using the same |
| KR20070083112A (ko) | 2006-02-20 | 2007-08-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자 방출 디바이스와 이를 이용한 전자 방출 표시디바이스 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3748522A (en) * | 1969-10-06 | 1973-07-24 | Stanford Research Inst | Integrated vacuum circuits |
| US4578614A (en) * | 1982-07-23 | 1986-03-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Ultra-fast field emitter array vacuum integrated circuit switching device |
| DE3855482T2 (de) * | 1987-02-06 | 1997-03-20 | Canon Kk | Elektronen emittierendes Element und dessen Herstellungsverfahren |
| US4987377A (en) * | 1988-03-22 | 1991-01-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Field emitter array integrated distributed amplifiers |
| US4874981A (en) * | 1988-05-10 | 1989-10-17 | Sri International | Automatically focusing field emission electrode |
| NL8901075A (nl) * | 1989-04-28 | 1990-11-16 | Philips Nv | Inrichting ten behoeve van elektronengeneratie en weergeefinrichting. |
| US5235244A (en) * | 1990-01-29 | 1993-08-10 | Innovative Display Development Partners | Automatically collimating electron beam producing arrangement |
| US5281890A (en) * | 1990-10-30 | 1994-01-25 | Motorola, Inc. | Field emission device having a central anode |
| US5140219A (en) * | 1991-02-28 | 1992-08-18 | Motorola, Inc. | Field emission display device employing an integral planar field emission control device |
| US5191217A (en) * | 1991-11-25 | 1993-03-02 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for field emission device electrostatic electron beam focussing |
-
1990
- 1990-11-16 FR FR9014287A patent/FR2669465B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-11-15 WO PCT/FR1991/000903 patent/WO1992009095A1/fr active IP Right Grant
- 1991-11-15 DE DE69116859T patent/DE69116859T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-15 EP EP91920863A patent/EP0511360B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-15 JP JP04500424A patent/JP3107818B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-02 US US08/458,821 patent/US5581146A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007010462A1 (de) | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Josef Sellmair | Verfahren zur Herstellung einer Teilchenstrahlquelle |
| DE102007010462B4 (de) * | 2007-03-01 | 2010-09-16 | Sellmair, Josef, Dr. | Verfahren zur Herstellung einer Teilchenstrahlquelle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0511360B1 (de) | 1996-01-31 |
| EP0511360A1 (de) | 1992-11-04 |
| US5581146A (en) | 1996-12-03 |
| JPH05505906A (ja) | 1993-08-26 |
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