DE69125478T2 - Gekapselte feldemissionsvorrichtung - Google Patents

Gekapselte feldemissionsvorrichtung

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Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft Feldemissionsvorrichtungen im allgemeinen und im besonderen Feldemissionsvorrichtungen, die eine nichtplanare Geometrie verkörpern.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Feldemissionserscheinungen sind bekannt. Die Vakuumröhren-Technologie stützte sich typischerweise auf Elektronenemission, die durch Bereitstellen einer geheizten Kathode bewirkt wird. Unlängst sind Festkörpervorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen Elektronenemissionsaktivität in Verbindung mit einer kalten Kathode auftritt. Die Vorteile dieser Technologie sind bedeutsam und umfassen schnelles Schaltvermögen und Widerstandsfähigkeit gegenüber elektromagnetischen Impulserscheinungen.
  • Trotz der erwarteten Vorteile von Festkörper-Feldemissionsvorrichtungen steht man augenblicklich einer Anzahl von Problemen gegenüber, die eine weitverbreitete Anwendung dieser Technologie hemmen. Ein Problem betrifft die unzuverlässige Herstellbarkeit solcher Vorrichtungen. Derzeitige Konfigurationen dieser Vorrichtungen verlangen den Aufbau von Emitterkegeln auf einer mikroskopischen Stufe. Das Hervorbringen einer bedeutsamen Vielzahl solcher Kegel mittels einer Schicht durch einen Schichtablagerungsprozeß erweist sich als eine bedeutende Herausforderung an heutiges Herstellungsvermögen. Planar konfigurierte Vorrichtungen sind ebenfalls vorgeschlagen worden, wobei diese Vorrichtungen offenbar bedeutend einfacher herzustellen sind. Solche planaren Konfigurationen werden aber nicht unbedingt für alle erhofften Anwendungen geeignet sein.
  • Folglich besteht ein Bedarf an einer Feldemissionsvorrichtung, die mit bekannten Herstellungsverfahren leicht hergestellt werden kann und eine Vorrichtung ergibt, die zur Anwendung in einer Vielfalt von Verwendungen geeignet ist.
  • Aus dem Patentdokument GB-A-730,920 ist eine Feldemissionsvorrichtung bekannt, die eine Anode und eine peripherisch um die Anode herum angeordnete Kathode umfaßt.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die aus einer Vielzahl gekapselter Feldemissionsvorrichtungen besteht, wobei jede eine Tragschicht, eine Isolierschicht, die auf der Tragschicht gelegen ist und einen Hohlraum definiert, eine im dem Hohlraum gebildete Anode, eine um den Hohlraum herum gebildete und von der Anode axial versetzte Kathode und eine Verkapselungsschicht umfaßt, die den Hohlraum verschließt.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 umfaßt eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Feldemissionsvorrichtung.
  • Fig. 2A und B umfassen Draufsichten von zwei Ausführungen der Erfindung.
  • Fig. 3 umfaßt eine verkleinerte Seitenansicht einer Mehrzahl erfindungsgemäß aufgebauter Feldemissionsvorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat.
    • Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
  • In Fig. 1 ist eine im allgemeinen erfindungsgemäß aufgebaute Feldemissionsvorrichtung mit dem Bezugszeichen 100 dargestellt worden. Die Vorrichtung (100) umfaßt ein Trägersubstrat (101), das aus Silizium, Quarz oder einem anderen isolierenden Material besteht. Bei einer anderen Ausführung kann es zweckmäßig sein, ein leitendes Material für diese Schicht zu verwenden. Wenn eine isolierende Schicht, wie z.B. oben beschrieben, verwendet wird, können geeignete leitende Pfade auf der Oberfläche gebildet werden, um die Anode der Vorrichtung wie unten beschrieben zur Unterstützung der beabsichtigten Anwendung der Vorrichtung elektrisch zu verbinden.
  • Eine weitere Isolierschicht (102), die in diesem Fall aus Polyimidmaterial oder dergleichen besteht, wird auf der Trägerschicht (101) abgelegt. Ein geeigneter Ätzungsprozeß kann dann verwendet werden, um in dieser zweiten Isolierschicht (102) einen Hohlraum (103) zu bilden. Der Hohlraum (103) wird sich vorzugsweise genügend tief erstrecken, um einen Zugang zu einem leitenden Pfad bereitzustellen, der in Verbindung mit dem Hohlraum gelegen und auf dem Trägersubstrat (101) gebildet ist.
  • Eine Leiterschicht (104) wird dann mittels eines geeigneten Metallisierungsprozesses oben auf die zweite Isolierschicht (102) aufgetragen. Diese Metallisierungsschicht (104) umfaßt ein Gate. Während dieses Prozesses kann eine Metallisierungsschicht auch innerhalb des Hohlraumes (103) abgelegt werden, und diese Metallisierungsschicht bildet die Anode (106) der Vorrichtung (100).
  • Ein geeignetes Maskierungsmaterial wird dann innerhalb des Hohlraumes (103) abgelegt, um die Anode (106) zu schützen, und eine weitere Isolierschicht (107) wird oben auf der Gateschicht (104) abgelegt oder aufgewachsen. Danach wird eine weitere Metallisierungsschicht (108) abgelegt. Eine weitere Isolierschicht (109) kann dann hinzugefügt werden.
  • Ein geeigneter Ätzungsprozeß kann verwendet werden, um die Seiten der letzten Metallisierungsschicht (108) und der letzten Isolierschicht wegzuätzen. Dieser Ätzungsprozeß sollte einer sein, der beabsichtigt ist, anisotropisch zu ätzen. Ein solcher Ätzungsprozeß wird eine freigelegte Metallisierungsoberfläche (110) mit einer geneigten Oberfläche und eine relativ gut definierte Kante (111) ergeben. Diese letzte Metallisierungsschicht (108) umfaßt die Kathode der Vorrichtung (100), und die Kante (111) bildet eine geometrische Unstetigkeit, die feldverstärkende Eigenschaften zum Vorteil der Funktion der Vorrichtung (100) beisteuert.
  • Ein Ätzungs- oder Abhebungsprozeß kann auch verwendet werden, um innerhalb des Hohlraumes (103) abgelegtes Material zu entfernen, um wiederum die Anode (106) freizulegen. Ein Flachwinkel-Dampfphasen- Abscheidungsprozeß wird dann verwendet, um eine geeignete Isolierschicht (112), z.B. Aluminiumoxid oder Siliziumoxid, oben auf der Struktur (100) abzulegen, um dadurch eine verkapselte Vorrichtung hervorzubringen. Der letztgenannte Abscheidungsprozeß wird vorzugsweise in einem Vakuum so stattfinden, daß der Hohlraum (103) ein Vakuum enthalten wird, wiederum zum Vorteil der erwarteten Funktion der Vorrichtung.
  • So konfiguriert, mit an die Kathode (108) und die Anode (106) angelegten geeigneten Potentialen werden Elektronen (113) (hauptsächlich von der durch die Kante (111) der Kathode (108) dargestellten geometrischen Unstetigkeit) emittiert werden und sich in Richtung auf die Anode (106) bewegen. Dieser Fluß kann nach Maßgabe bekannter Verfahren im allgemeinen mittels geeigneter Steuerung des Gates (104) moduliert werden.
  • Bei einer anderen Ausführung der Vorrichtung (100) könnten die Zwischen-Metallisierungsschicht (104) und die damit verbundene Isolierschicht (107) ausgeschlossen werden. Daraus würde sich eine Zweielektroden-Vorrichtung, z.B. eine Diode, ergeben.
  • Abhängig von der einzelnen Anwendung kann der Hohlraum (103) als ein Kreis (s. Fig. 2a), als ein Rechteck (5. Fig. 2b) oder als irgendeine andere mehrseitige Kammer gebildet werden. Wichtig, in jeder dieser Ausführungen ist die Kathode (108) peripherisch um die Anode (106) herum angeordnet. In diesen einzelnen Ausführungen ist außerdem die Kathode in bezug auf die Anode axial versetzt, und in der Dreielektroden-Vorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, ist auch das Gate penpherisch um die Anode herum angeordnet und in bezug auf die restlichen zwei Elektroden axial versetzt.
  • Ein wichtiger Vorteil dieser Vorrichtung (100) wird nun mit Verweis auf Fig. 3 erklärt. Feldemisionsvorrichtungen, wie z.B die oben beschriebene, werden auf einer mikroskopischen Stufe aufgebaut. Als eine Folge wird das Trägersubstrat (101) nicht genau eben sein. Stattdessen können und werden Veränderungen in der Öberfläche vorkommen, wie allgemein in Fig. 3 angedeutet. Infolge dieser veränderlichen Oberflächenstörungen tritt eine vertikale Versetzung (B) zwischen der Ebene der Anode (106) einer ersten Vorrichtung (301) gegenüber der Anode (106) einer zweiten Vorrichtung (302) auf. Ähnlich besteht eine andere Versetzung (C) zwischen der Anode (106) der zweiten Vorrichtung (302) und der Ebene der Anode (106) der dritten Einrichtung (303).
  • Trotz dieser natürlich auftretenden Veränderungen bleibt der Abstand zwischen der Kathodenkante (111) und der Anode (106) jeder Vorrichtung (301, 302 und 303) im wesentlichen gleich (A). Diese Entsprechung zwischen Vorrichtungen trägt zu vorhersagbarer Leistung jeder Vorrichtung und der Vorrichtungen im ganzen bei. Gleichzeitig sind diese Vorrichtungen unter Verwendung bekannter Metallisierungs-, Oxidaufwachs-, Ätzungs- und Dampfphasenabscheidungsverfahren leicht herstellbar.

Claims (2)

1. Elektronische Vorrichtung, die aus einer Vielzahl gekapselter Feldemissionsvorrichtungen (301, 302, 303) besteht, wobei jede eine Tragschicht (101), eine Isolierschicht (102), die auf der Tragschicht gelegen ist und einen Hohlraum (103) definiert, eine im dem Hohlraum gebildete Anode (106), eine um den Hohlraum herum gebildete und von der Anode axial versetzte Kathode (108) und eine Verkapselungsschicht (112) umfaßt, die den Hohlraum verschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der gekapselten Feldemissionsvorrichtungen weiter ein um den Hohlraum herum gebildetes und von der Anode und der Kathode axial beabstandetes Gate (104) umfaßt:
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