DE69730143T2 - Feldemissionselektronenquelle und sein Herstellungsverfahren - Google Patents

Feldemissionselektronenquelle und sein Herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE69730143T2
DE69730143T2 DE69730143T DE69730143T DE69730143T2 DE 69730143 T2 DE69730143 T2 DE 69730143T2 DE 69730143 T DE69730143 T DE 69730143T DE 69730143 T DE69730143 T DE 69730143T DE 69730143 T2 DE69730143 T2 DE 69730143T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cathode
silicon oxide
field emission
electron source
film
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 - Lifetime
Application number
DE69730143T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69730143D1 (de
Inventor
Keisuke Uji-shi Koga
Yoshikazu Kobe-shi Hori
Takehito Machida-shi Yoshida
Yuka Asao-ku Yamada
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of DE69730143D1 publication Critical patent/DE69730143D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69730143T2 publication Critical patent/DE69730143T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details 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
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30403—Field emission cathodes characterised by the emitter shape
    • H01J2201/30426—Coatings on the emitter surface, e.g. with low work function materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feldemissionselektronenquelle, wie etwa eine Kaltemissionselektronenquelle, die bei einem durch einen Elektronenstrahl induzierten Laser, einer flachen Festkörperanzeigevorrichtung, einem extrem kleinen Ultrahochgeschwindigkeits-Vakuumelement und dergleichen Anwendung finden soll. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Feldemissionselektronenquelle, bei der ein Halbleiter verwendet wird, der integriert und bei einer geringen Spannung betrieben werden kann, sowie auf ein Herstellungsverfahren derselben.
  • Eine derartige Feldemissionselektronenquelle und das Verfahren zum Herstellen derselben sind beispielsweise nach dem Stand der Technik, wie er später unter Bezugnahme auf 18(b) erläutert wird, bereits bekannt.
  • Aus EP-A-0706196 ist bereits eine Elektronenemissionskathode bekannt, die ein Substrat und eine flache Emissionskathode enthält, wobei die Elektrodenemissionskathode aus einem Kohlenstoffilm besteht, dem Diamantpartikel hinzugefügt sind.
  • Die Druckschrift EP-A-0712147, die später veröffentlicht ist, erläutert hervorstehende Kathoden, die konisch sind.
  • Nachdem der Fortschritt der Mikrofabrikationstechnik von Halbleitern die Herstellung einer extrem kleinen Feldemissionselektronenquelle ermöglicht hat, sind intensive Untersuchungen und Entwicklungen auf die Technologie der Vakuummikroelektronik ausgerichtet. Um eine hochleistungsfähige Feldemissionselektronenquelle zu verwenden, die bei einer geringeren Steuerspannung betrieben werden kann, wurde beispielsweise versucht, eine miniaturisierte, zurückgezo gene Elektrode sowie eine scharf spitz zulaufende Kathode unter Verwendung der LSI-Technologie herzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 19 bis 21 wird eine erste herkömmliche Ausführungsform in Gestalt einer extrem kleinen Feldemissionselektronenquelle, die unter Verwendung eines Siliziumsubstrates hergestellt wird, und ein Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben, das in der europäischen Patentoffenlegungsschrift No. 637050A2 erläutert ist.
  • Zunächst wird, wie in 19(a) gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 102 durch thermische Oxidation auf der Kristallebene (100) eines Siliziumsubstrates 101 ausgebildet, das aus einem Siliziumkristall besteht, gefolgt von der Ausbildung eines Fotowiderstandsfilms 103 auf dem Siliziumoxidfilm 102.
  • Als nächstes wird, wie in 19(b) gezeigt, der Fotowiderstandsfilm durch Fotolithografie bearbeitet, um scheibenförmige Ätzmasken 103A auszubilden, die jeweils einen Durchmesser von etwa 1 μm haben. Anschließend wird das Muster der Ätzmasken 103A auf den Siliziumoxidfilm 102 durch Trockenätzen übertragen, um scheibenförmige Elemente 102A auszubilden, gefolgt vom Entfernen der Ätzmasken 103A.
  • Als nächstes wird eine anisotrope Trockenätzung am Siliziumsubstrat 101 unter Verwendung der scheibenförmigen Elemente 102A als Maske ausgeführt, wodurch zylindrische Elemente 104A, die aus dem Siliziumsubstrat 101 bestehen, unter den scheibenförmigen Elementen 102A ausgebildet werden. Danach wird eine anisotrope Kristallätzung an den zylindrischen Elementen 104A ausgeführt, wodurch sanduhrförmige Elemente 104B ausgebildet werden, die jeweils aus zwei Kegelstümpfen bestehen, deren Oberseiten miteinander verbunden sind und die über eine Seitenfläche verfügen, die die Kristallebene (331) enthält, wie es in 19(d) gezeigt ist.
  • Als nächstes wird, wie in 20(A) gezeigt, ein erster dünner thermischer Oxidfilm 105 auf den Oberflächen der sanduhrförmigen Elemente 104B und des Siliziumsubstrats 101 ausgebildet. Im Anschluß daran wird eine anisotrope Trockenät zung am Siliziumsubstrat 101 mit Hilfe der scheibenförmigen Elemente 102A als Maske ausgeführt, wodurch die sanduhrförmigen Elemente 104B in zylindrische Elemente 104C, jeweils mit einem sanduhrförmigen Kopf versehen, umgewandelt werden.
  • Nun wird, wie in 20(c) gezeigt, ein zweiter thermischer Oxidfilm auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 104C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen und des Siliziumsubstrates 101 derart ausgebildet, daß turmförmige Kathoden 107 mit jeweils einem stark abgeschrägten Spitzenabschnitt und einem extrem geringen Durchmesser im Inneren der zylindrischen Elemente 104C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet werden.
  • Anschließend werden, wie in 20(d) gezeigt, Isolierfilme 108 und Metallfilme 109 nacheinander durch Metallbedampfung auf den scheibenförmigen Elementen 102A wie auch auf dem Siliziumsubstrat 101 um die scheibenförmigen Elemente 102A ausgebildet.
  • Dann wird, wie in 21 gezeigt, ein Naßätzen am zweiten thermischen Oxidfilm 106 ausgeführt, wodurch die scheibenförmigen Elemente 102A zusammen mit den darauf ausgebildeten Isolierfilmen 108 und Metallfilmen 109 entfernt werden. Dadurch werden die turmförmigen Kathoden 107 freigelegt, während der Metallfilm 109 zu einer zurückgezogenen Elektrode 109A ausgebildet wird, die denselben Innendurchmesser aufweist, wie der Durchmesser des scheibenförmigen Elementes 102A.
  • Als zweite herkömmliche Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen einer Feldemissionselektronenquelle beschrieben, wobei ein Material verwendet wird, das einen geringe Austrittsarbeit hat und in der japanischen Patentoffenlegungsschrift HEI 6-231675 beschrieben ist.
  • Die japanische Patentoffenlegungsschrift HEI 6-231675 schlägt nicht nur die Verringerung der Größe der Kathode und die Verbesserung ihres Aufbaus vor, der in der ersten herkömmlichen Ausführungsform beschrieben wurden, sondern auch einen Versuch, die Leistung der Kathoden dadurch zu verbessern, daß selektiv das Material mit der geringen Austrittsarbeit auf den Spitzenabschnitten der Kathoden abgeschieden wird. In Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren folgt der Ausbildung der Kathoden die schräge Metallbedampfung zum selektiven Ausbilden des Materials mit der geringen Austrittsarbeit auf den Oberflächen der Spitzenabschnitte der Kathoden. Anschließend wird eine Wärmebehandlung zum Silicidieren ausgeführt. Dadurch ermöglicht das Herstellungsverfahren eine deutliche Verbesserung bei der Effizienz der Elektronenemission durch Absenken der Austrittsarbeit am Spitzenabschnitt der Kathode.
  • Als drittes herkömmliches Verfahren wird ein Verfahren beschrieben, über das M. Takai et al. (J. Vac. Sci. Technol. B13(2), 1995, p. 441) berichten, und bei dem eine poröse Schicht durch Anodisierung auf der Oberfläche einer Kathode ausgebildet wird.
  • Wie in 22 gezeigt, wird ein thermischer Oxidfilm 106, der mit einer Öffnung entsprechend einem Bereich versehen ist, in dem die Kathode ausgebildet werden soll, auf einem N-artigen Siliziumsubstrat 101 abgeschieden. In dem Bereich, in dem die Kathode ausgebildet werden soll, wird eine extrem kleine Kathode 107 aus Silizium ausgebildet. Auf dem thermischen Oxidfilm 106 wird eine zurückgezogene Elektrode 109A aus Nb mit einem dazwischenliegenden Isolierfilm 108 ausgebildet.
  • Die Oberfläche der Kathode 107 wurde mit Hilfe einer Anodisierungsvorrichtung, wie in 23 gezeigt, anodisiert, wodurch darin eine poröse Schicht 107a ausgebildet wurde. Die Anodisierungsvorrichtung, die in 23 gezeigt ist, enthält: einen Behälter 110 zum Aufnehmen eines Behandlungsmittels, bestehend aus HF : H2O : C2H5OH = 1 : 1 : 2; einen Probenhalter 111 zum Halten einer Probe 112, die sich im Behälter 110 befindet; eine Kathodenelektrode 113 und eine Anodenelektrode 114. Im Behandlungsmittel kann ein bestimmter Strom zwischen der Kathoden- und der Anodenelektrode 113 und 114 fließen, die zu beiden Seiten des Probenhalters 111 angeordnet sind, während die Strahlung einer Excimerlampe auf die Probe 112 einwirkt, wodurch die Oberfläche der Kathode 107 anodisiert wird. Während der Anodisierung werden die Zusammensetzung des Behandlungsmittels, die Stärke des Stroms, der durch das Behandlungsmittel fließt, und die Bestrahlungsbedingungen der Excimerlampe optimiert, um die poröse Schicht 107A aus Silizium auszubilden und die gewünschte Konfiguration und Dicke im Oberflächenbereich der Kathode 107 zu erhalten.
  • Die poröse Schicht 107a, die im Oberflächenbereich der Kathode 107 ausgebildet ist, verfügt über zahlreiche Stäbe, die jeweils einen Durchmesser in der Größenordnung von Nanometern haben und durch die Ausbildung zahlreicher Löcher erzeugt wurden, die jeweils einen Durchmesser im Nanometerbereich in der porösen Schicht 107a haben. Die zahlreichen Stäbe dienen wirkungsvoll als Stromemissionsstellen. Dadurch wird die Kathode vom Punktemissionstyp mit einer Emissionsstelle zum Oberflächenemissionstyp mit mehreren Emissionsstellen verändert, was zu einer erhöhten Zahl von Elektronenemissionsstellen und einer verbesserten Stromemissionseigenschaft der Kathode führt.
  • Wenngleich die Feldemissionselektronenquelle der ersten herkömmlichen Ausführungsform aufgrund der turmförmigen Kathode mit einem scharf abgeschrägten Spitzenabschnitt eines extrem kleinen Durchmessers mit einer geringen Spannung betrieben werden kann, gibt es folgendes Problem.
  • Bei den praktischen Anwendungen einer Feldemissionselektronenquelle ist eine stabile und gleichmäßige Emission von Elektronen Bestandteil kritischer Anforderungen, die an das Leistungsvermögen der Elektronenquelle gestellt werden.
  • Bei der ersten herkömmlichen Ausführungsform jedoch, wird der Strom, der von der Kathode ausgeht, in großem Maß von der Vakuumatmosphäre und der Oberflächenbeschaffenheit des Spitzenabschnittes der Kathode während des Betriebs beeinflußt, so daß sich die physikalische Eigenschaft, wie etwa die Austrittsarbeit der Oberfläche des stromabgebenden Elementes während der Stromabgabe ändert, was zu einer deutlichen Veränderung des Betriebsstroms führt. Somit wurde die Anforderung einer stabilen und gleichmäßigen Emission von Elektronen, die oben erwähnt wurde, mit der ersten herkömmlichen Ausführungsform nicht erfüllt. Der Grund der nicht erfüllten Anforderung können Ionen sein, die aus Kollisionen zwischen emittierten Elektronen und Gasrückständen um die Kathode während des Betriebs resultieren. Die resultierenden Ionen kollidieren mit dem Spitzenabschnitt der Kathode und verändern dadurch die Oberflächenbeschaffenheit des Spitzenabschnittes der Kathode.
  • Um derartige Stromschwankungen zu unterbinden, wurden ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Kathoden in großem Umfang integriert werden, um Einzelschwankungen der Vielzahl der emittierten Elektronen auszumitteln und dadurch den emittierten Strom zu stabilisieren, und ein Verfahren, bei dem ein zusätzliches Element mit einer stromunterdrückenden Wirkung, wie etwa ein FET, vorgesehen ist, um zwangsläufig Stromschwankungen zu unterdrücken. Diese Verfahren beinhalten jedoch einen deutlichen Anstieg der Herstellungskosten, weil der Aufbau der Vorrichtung in geringerem Maße flexibel und ein zusätzlicher Vorrichtungsaufbau erforderlich ist, was ein ernsthaftes Problem bei den praktischen Anwendungen darstellt.
  • Bei der turmförmigen Kathode, die in der zweiten Ausführungsform dargestellt ist, und bei der ein Oberflächenbeschichtungsfilm selektiv aus dem Material mit geringer Austrittsarbeit auf dem Spitzenabschnitt derselben ausgebildet ist, besteht das folgende Problem darin, daß, da der Strom, der von der Kathode abgegeben wird, intensiv zum Bodenabschnitt der turmförmigen Elektrode fließt, eine große Joule'sche Wärme im Bodenbereich des Turms erzeugt wird, wenn der Betrieb mit einem starken Strom durchgeführt wird. In dem Fall, in dem ein Strom fließen kann, der einen maximal zulässigen Wert überschreitet, der durch den Substratwiderstand und die Querschnittsfläche des Turms ermittelt wird, steigt die Temperatur der Kathode durch die erzeugte Joule'sche Wärme an. Wenn eine Temperatur, die den Schmelzpunkt des Kathodenmaterials überschreitet, erreicht wird, kann die geschmolzene Kathode die gesamte Vorrichtung zerstören.
  • Somit wird bei der zweiten herkömmlichen Ausführungsform der Maximalwert des Stroms, der zur Kathode fließen darf, mit der fortschreitenden Miniaturisierung der Kathode für die Verringerung des Betriebsstroms gesenkt, was ein großes Hindernis beim Betrieb mit großen Strömen darstellt.
  • Obwohl bei der zweiten herkömmlichen Ausführungsform die Möglichkeit besteht, das Problem zu lösen, das durch das Material mit geringer Austrittsarbeit hervorgerufen wird, das selektiv auf dem Spitzenabschnitt der Kathode durch schräge Metallbedampfung ausgebildet und der Wärmebehandlung zum Ausbilden eines Silicidfilms auf dem Spitzenabschnitt der Kathode unterzogen wird, gibt es ein Problem, da die Ausbildung des Silicidfilms den Vorgang zum Ausbilden des Metallfilms durch Metallbedampfung und den anschließenden Reaktionsvorgang durch Wärmebehandlung beinhaltet.
  • Im allgemeinen hat ein Film, der durch Metallbedampfung ausgebildet wird, eine ungleiche Dicke auf einem Wafer, da die Bedampfungsquelle eine punktförmige Quelle ist. Da darüber hinaus beim anschließenden Vorgang zum Ausbilden eines Silicidfilms durch Wärmebehandlung eine Kristallreaktion an der Schnittstelle zwischen dem abgeschiedenen Metall und dem darunterliegenden Substrat zur Anwendung kommt, variieren die Rate des Silicidierungsvorgangs und die Qualität des resultierenden Silicidfilms mit großer Wahrscheinlichkeit aufgrund der ungleichmäßigen Filmdicke und der nicht gleichbleibenden Temperatur, was ein Problem bei der Ausbildung des Spitzenabschnittes der Kathode verursacht, die mikrostrukturell ausgebildet werden soll.
  • Beim mikrostrukturellen Spitzenabschnitt der Kathode ist der Kurvenradius des Spitzenabschnittes ein Parameter, der besonders großen Einfluß auf die Eigenschaften der Betriebsspannung während der Elektrodenemission hat. Wenn die Koeffizienten der elektrostatischen Fokussierung für einzelne Kathoden unter der Voraussetzung berechnet werden, daß die Aufbauten der Kathoden mit Ausnahme der Kurvenradien der Spitzenabschnitte dieselben sind, ist der Koeffizient der elektrostatischen Fokussierung, der für die Kathode mit einem Kurvenradius des Spitzenabschnittes von 2 nm berechnet wurde, der doppelte Koeffizient der elektrostatischen Fokussierung, der für die Kathode errechnet wurde, die über einen Kurvenradius des Spitzenabschnittes von 10 nm verfügt. Bei der zweiten herkömmlichen Ausführungsform variiert der Kurvenradius des Spitzenabschnittes der Kathode leicht um etwa 10 nm unter dem Einfluß der Abweichungen beim Silicidiervorgang, was zu unterschiedlichen Eigenschaften der Vorrichtung führt und ein ernsthaftes Problem bei den praktischen Anwendungen darstellt.
  • Da bei der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten herkömmlichen Ausführungsform die poröse Schicht auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet ist, wird die Zahl der elektronenemittierenden Stellen mit der Änderung der Kathode vom Punktemissionstyp zum Oberflächenemissionstyp erhöht. Demzufolge wird die elektronenemittierende Eigenschaft der Kathode um einen bestimmten Grad verbessert, aber dennoch nicht in dem Maß, der für die praktischen Anwendungen zufriedenstellend ist.
  • Da bei der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten herkömmlichen Ausführungsform zusätzlich die poröse Schicht durch Anodisierung auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet ist, waren damit Verbesserungen bei den Eigenschaften der Vorrichtung beabsichtigt, wie etwa der Betrieb bei einer geringen Spannung und mit einem erhöhten Strom. Um jedoch in positiver Weise die Auswirkungen durch die Verringerung der Betriebsspannung und die Erhöhung des Stroms zu erreichen, sollte eine dicke poröse Schicht mit einer Dicke von einigen hundert Nanometern auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet sein. Insbesondere für den Fall, bei dem eine poröse Schicht mit einer Dicke von 470 nm auf der Oberfläche ausgebildet ist, wurde der Effekt der Stromerhöhung beobachtet, die fünf- bis zehnmal höher ist als der Strom, der fließt, wenn keine poröse Schicht ausgebildet ist.
  • Die Ausbildung der dicken porösen Schicht mit einer Dicke von einigen hundert Nanometern auf der Oberfläche der Kathode beeinträchtigt die Konfiguration des Spitzenabschnittes der Kathode. Obwohl die kritischen Anforderungen, die an die Leistungsfähigkeit der Feldeffektelektronenquelle für deren praktische Anwendungen die gleichmäßige Elektronenemission und stabile Eigenschaften der Vorrichtung zusätzlich zu einer verringerten Betriebsspannung und einem erhöhten Strom beinhalten, variiert der Kurvenradius des Spitzenabschnittes der Kathode bei der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten herkömmlichen Ausführungsform, was wiederum die Probleme einer nicht gleichmäßigen Elektronenemission und instabiler Eigenschaften der Vorrichtung verursacht.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin eine gleichmäßige Elektronenemission und stabile Vorrichtungseigenschaften selbst dann zu gewährleisten, wenn die Elektronenemissionseigenschaft in großem Maße verbessert wird, indem die Zahl der Emissionsstellen an der Kathode erhöht werden.
  • Dieses Ziel wird durch die Vorrichtung von Anspruch 1 und das Verfahren von Anspruch 3 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in dien abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Bei der Feldemissionselektronenquelle hat die Oberflächenbeschichtung, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, die auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet ist, die Zahl der Elektronenabstrahlstellen deutlich erhöht. Demzufolge können ein Strom und eine Spannung, die an der zurückgezogenen Elektrode anliegen, um eine bestimmte Menge von Elektronen zu erreichen, deutlich verringert werden, was zu einem geringeren Energieverbrauch und einem stabileren Strom führt, der während der Elektronenemission fließt.
  • Die Oberflächenbeschichtung, die auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet ist, verhindert zudem, daß der Spitzenabschnitt der Kathode stumpf ist, so daß der Kurvenradius des Spitzenabschnittes nicht zunimmt oder variiert. Demzufolge ändern sich die Eigenschaften der Vorrichtung nicht, was die Gestaltungsmöglichkeiten und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert werden.
  • Obwohl der emittierte Strom zu einer Instabilität neigt, weil die Elektronenemissionsstellen der Adsorptionstätigkeit der Moleküle eines zurückbleibenden Gases im Vakuum ausgesetzt sind, werden Mengenschwankungen der emittierten Elektronen durch die Ausgleichswirkung der zahlreichen winzigen Partikel derart beseitigt, daß eine extrem stabiles Elektronenemissionsverhalten erzielt wird, während ein drastischer Anstieg der Menge der abgestrahlten Elektronen unterdrückt wird. Somit wird das Problem eine zerstörten Kathode infolge eines ungewöhnlichen Anstiegs der Menge der abgestrahlten Elektronen ebenfalls gelöst.
  • Bei der Feldemissionselektronenquelle besteht die ultrafeine Partikelstruktur vorzugsweise aus einer Gruppe von einheitlichen ultrafeinen Partikeln, die jeweils einen Durchmesser von 10 nm oder weniger haben. Die Anordnung stellt einen Anstieg der Zahl der Elektronenemissionsstellen sicher und verbessert den Elektronenemissionseffekt.
  • Bei der Feldemissionselektronenquelle hat die Kathode vorzugsweise eine sanduhrförmige Gestalt. Dieses Konfiguration verbessert weiter den elektrostatischen Fokussiereffekt am Spitzenabschnitt der Kathode, wodurch der Elektronenemissionseffekt deutlich verbessert wird.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionselektronenquelle folgt der Ausbildung der Kathode und der zurückgezogenen Elektrode, deren Öffnung die Kathode umgibt, die Ausbildung der Oberflächenbeschichtung, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, so daß die Oberflächenbeschichtung selektiv auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet wird. Wenngleich die Oberflächenbeschichtung ebenfalls auf der zurückgezogenen Elektrode ausgebildet wird, stellt dies in diesem Fall kein Problem dar, da die zurückgezogene Elektrode, die für das Anlegen einer Spannung ausgebildet ist, keinen Stromfluß zuläßt. Somit kann die dritte Feldemissionselektrodenquelle auf einfache Weise mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
  • Beim Herstellungsverfahren für eine Feldemissionselektronenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt zum Ausbilden der Oberflächenbeschichtung vorzugsweise den Schritt des Ausbildens der Oberflächenbeschichtung durch Dampfphasen-Epitaxie.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren besteht während des Vorgangs keine Möglichkeit der Beschädigung der Kathodenoberfläche, die in exzellenter Weise einheitlich und reproduzierbar ist. Demzufolge wird es möglich, eine Anordnung extrem kleiner Feldemissionselektronenquellen in hoher Dichte mit hoher Präzision auszubilden.
  • In diesem Fall ist die Dampfphasen-Epitaxie vorzugsweise die Laserablation. Da die Laserablation die Ausbildung der Oberflächenbeschichtung mit hoher Energie gestattet, kann die ultrafeine Partikelstruktur wirkungsvoll auf der Oberfläche der Kathode ausgebildet werden.
  • 1(a) und 1(b) zeigen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie I-I von 1(b) und 1(b) eine Aufsicht ist;
  • 2(a) und 2(b) stellen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei 2(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II von 2(b) und 2(b) eine Aufsicht ist;
  • 3(a) und 3(b) stellen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei 3(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III von 3(b) und 3(b) eine Aufsicht ist;
  • 4(a) und 4(b) zeigen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 4(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV von 4(b) und 4(b) eine Aufsicht ist;
  • 5(a) und 5(b) stellen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei 5(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V von 5(b) und 5(b) eine Aufsicht ist;
  • 6(a) und 6(b) zeigen eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 6(a) eine Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI von 6(b) und 6(b) eine Aufsicht ist;
  • 7(a) bis 7(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte bei einem Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 8(a) bis 8(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 9(a) und 9(b) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 10(a) bis 10(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 11(a) bis 11(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 12(a) bis 12(c) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 13(a) bis 13(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform;
  • 14(a) bis 14(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform;
  • 15(a) und 15(b) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform;
  • 16(a) bis 16(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß dem fünften Beispiel;
  • 17(a) bis 17(d) sind Querschnittansichten der einzelnen Prozeßschritte beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der sechsten Ausführungsform;
  • 18(a) zeigt diagrammartig den Spitzenabschnitt einer Kathode in der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform und 18(b) diagrammartig den Spitzenabschnitt einer Kathode in der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten Ausführungsform;
  • 19(a) bis 19(d) sind Querschnittansichten, die die einzelnen Prozeßschritte bei einem Herstellungsverfahren einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer ersten herkömmlichen Ausführungsform darstellen;
  • 20(a) bis 20(d) sind Querschnittansichten, die die einzelnen Prozeßschritte bei einem Herstellungsverfahren einer Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten herkömmlichen Ausführungsform darstellen;
  • 21 ist eine Querschnittansicht, die Prozeßschritte bei einem Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten herkömmlichen Ausführungsform zeigt;
  • 22 ist eine Querschnittansicht einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer dritten herkömmlichen Ausführungsform; und
  • 23 ist eine Querschnittansicht einer Anodisiervorrichtung für die Verwendung beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten herkömmlichen Ausführungsform.
  • Erste Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird der Aufbau einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1(a) zeigt eine Querschnittansicht der Elektronenquelle entlang der Linie I-I von 1(b) und 1(b) eine Aufsicht derselben.
  • Wie in 1(a) und 1(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils über kreisförmige Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchmesser der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Durchmesser der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der zurückgezogenen Elektrode 19A sind turmförmige Kathoden 19A ausgebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt haben. Jede der Kathoden 17 verfügt über einen scharf abgeschrägten Spitzenabschnitt mit einem Radius von 2 nm oder weniger, der durch Kristallanisotropieätzung und einen thermischen Oxidationsprozeß des Siliziums ausgebildet ist.
  • Der Teil des Siliziumsubstrates 11, der in den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Oberfläche der Kathode 17 freiliegt, ist mit einem dünnen Oberflächenbeschichtungsfilm 20 aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit überzogen, das aus einem Metallmaterial mit hohem Schmelzpunkt oder einer Materialverbindung desselben besteht. Als Material mit geringer Austrittsarbeit können ein Metallmaterial mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Cr, Mo, Nb, Ta, Ti, W oder Zr, oder eine Materialverbindung, wie etwa Karbid, Nitrid oder Silicid, des Materials mit hohem Schmelzpunkt in geeigneter Weise verwendet werden. Dadurch werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Oberfläche der Kathode 17 verbessert. Wenn beispielsweise ein TiN-Film als Oberflächenbeschichtungsfilm 20 durch Sputtern auf die Oberfläche der Kathode 17 bis zu einer Dicke von etwa 10 nm ausgebildet ist, wird der scharf abgeschrägte Aufbau des Spitzenabschnittes der darunterliegenden Kathode 17 im wesentlichen derart reproduziert, daß die Kathode 17, die mit dem TiN-Film beschichtet ist, der ebenfalls scharf abgeschrägt ist, erzeugt wird. Die Austrittsarbeit von TiN wird auf etwa 2,9 eV geschätzt, während die Austrittsarbeit von Silizium etwa 4,8 eV beträgt, so daß eine beträchtliche Verringerung der Austrittsarbeit an der Oberfläche des Spitzenabschnittes der Kathode 17 erreicht wurde. Demzufolge kann eine Ausgangsspannung, die für die Elektronenemission erforderlich ist, deutlich gesenkt werden. Da darüber hinaus bei den zuvor genannten Beschichtungsmaterialien, die den Oberflächenbeschichtungsfilm 20 bilden, vorausgesetzt wird, daß sie stabilere chemische Eigenschaften haben als die chemischen Eigenschaften von Silizium, kann die Verwendung der Beschichtungsmaterialien auch bei der Verbesserung der Stabilität des Stromes wirkungsvoll sein, der während der Elektronenemission fließt.
  • Weiterhin wird durch den Isolierfilm, der aus dem oberen und dem unteren Siliziumoxidfilm 18A und 16A besteht, der im Bezug auf die zurückgezogene Elektrode 19A ausgespart ist, eine Isolierung zwischen der Kathode 17 und der zurückgezogenen Elektrode 19A in exzellenter Weise aufrecht erhalten, selbst wenn der Oberflächenbeschichtungsfilm 20 über die gesamte Oberfläche der Kathode 17 ausgebildet ist, weshalb kein Kurzschlußfehler auftritt. Insbesondere bei einer Emittergruppenanordnung, bei der Vorrichtungen in großem Umfang integriert sind, ist der ausgesparte Aufbau extrem wirkungsvoll bei der Verbesserung der Produktivität der Vorrichtung und deren Betriebszuverlässigkeit.
  • Unter Bezugnahme auf 7 bis 9 erfolgt eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Zunächst wird, wie in 7(a) gezeigt, der erste Siliziumoxidfilm 12 durch thermische Oxidation auf der Kristallebene (100) des Siliziumsubstrates 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, gefolgt von der Abscheidung eines Fotowiderstandsfilms 13 auf dem ersten Siliziumoxidfilm 12.
  • Als nächstes wird, wie in 7(b) gezeigt, der Fotowiderstandsfilm 13 einer Fotolithografie zum Ausbilden scheibenförmiger Widerstandsmasken 13A unterzogen, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 μm haben. Anschließend wird am ersten Siliziumoxidfilm 12 eine anisotrope Trockenätzung unter Verwendung der Widerstandsmasken 13A durchgeführt, um dadurch das Muster der Widerstandsmasken 13A auf den ersten Siliziumoxidfilm 12 zu übertragen und daraus Siliziumoxidmasken 12A auszubilden.
  • Anschließend folgt, wie in 7(c) gezeigt, der Entfernung der Widerstandsmasken 13A eine anisotrope Ätzung des Siliziumsubstrates 11 unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A, wodurch zylindrische Elemente 14A auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden.
  • Dann werden, wie in 7(d) gezeigt, die zylindrischen Elemente 14A unter Verwendung eines Ätzmittels mit kristalliner Anisotropie, wie etwa einer wässrigen Lösung aus Ethylendiamin und Pyrocatechin, naßgeätzt, wodurch sanduhrförmige Elemente 14B ausgebildet werden, die jeweils über eine Seitenoberfläche verfügen, die die Kristallebene (331) enthält und in der Mitte eingeschnürt ist. In diesem Fall sind der Durchmesser der Siliziumoxidmaske 12A und der Grad der Einschnürung des sanduhrförmigen Elementes 14B optimal festgelegt, so daß die mikrostrukturellen sanduhrförmigen Elemente 14B, die jeweils über den eingeschnürten Teil mit einem Durchmesser von etwa 0,1 μm verfügen, einheitlich mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
  • Als nächstes werden, wie in 8(a) gezeigt, die Siliziumoxidfilme 15, die jeweils ein verminderte Dicke von etwa 10 nm haben, auf den Seitenwänden der sanduhrförmigen Elemente 14B durch thermische Oxidation ausgebildet, um die eingeschnürten Teile der sanduhrförmigen Elemente 14B zu schützen. Anschließend wird am Siliziumsubstrat 12A wiederum unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A eine Trockenätzung ausgeführt, um das Siliziumsubstrat 11 vertikal zu ätzen und dadurch zylindrische Elemente 14C mit entsprechenden sanduhrförmigen Köpfen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 auszubilden, wie es in 8(b) gezeigt ist.
  • Anschließend wird, wie in 8(c) gezeigt, ein dritter Siliziumoxidfilm 16 mit einer Dicke von etwa 100 nm durch thermische Oxidation auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen und des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet, wodurch Kathoden 17 im Inneren der zylindrischen Elemente 14C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet werden. Der dritte Siliziumoxidfilm 16, der auf diese Weise auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den zugehörigen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet wird, dient dazu, die Spitzenabschnitte der Kathoden 17 scharf abzuschrägen und die Isoliereigenschaft eines Isolierfilms unter der zurückgezogenen Elektrode zu verbessern, die später beschrieben wird. Wenn in diesem Fall die thermische Oxidation bei einer Temperatur von etwa 950°C ausgeführt wird, die geringer ist als der Schmelzpunkt des Siliziumoxids, entwickelt sich eine Spannung in der Nähe der Schnittstelle zwischen der Kathode 17 aus Silizium und dem dritten Siliziumoxidfilm während der thermischen Oxidation, so daß die resultierende Kathode 17 einen scharf abgeschrägten Spitzenabschnitt aufweist. Darüber hinaus hat der Siliziumoxidfilm, der durch thermische Oxidation ausgebildet ist, eine bessere Filmqualität als ein Siliziumoxidfilm, der mit einem anderen Verfahren, wie etwa Vakuumbedampfung, ausgebildet wird, so daß er einen hohen Isolationswiderstand aufweist. Demzufolge kann eine in hohem Maße zuverlässige Vorrichtung ausgebildet werden, die eine exzellente Isoliereigenschaft während des Anlegens einer Spannung an die zurückgezogene Elektrode aufweist, die später beschrieben werden wird.
  • Daraufhin werden, wie in 8(d) gezeigt, ein vierter Siliziumoxidfilm 18, der als Isolierfilm verwendet wird, und ein Leitfilm 19, der als die zurückgezogene Elektrode verwendet wird, nacheinander durch Vakuumbedampfung mit der zwischen ihnen angeordneten Siliziumoxidmaske 12A abgeschieden. Während der Ausbildung des vierten Siliziumoxidfilms 18 durch Vakuumbedampfung, wird Ozongas eingeleitet, um so einen qualitativ hochwertigen Siliziumoxidfilm auszubilden, der über eine exzellente Isoliereigenschaft verfügt. Die Verwendung eines Nb-Metallfilms als Leitfilm 19 ermöglicht die Ausbildung einer einheitlich zurückgezogenen Elektrode während des Abhebevorgangs, der später beschrieben wird.
  • Nun wird, wie in 9(a) gezeigt eine Naßätzung unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure in einer Ultraschallumgebung ausgeführt, um selektiv die Seitenwandabschnitte der Kathoden 17 und die Siliziumoxidmasken 12A zu entfernen, wodurch der Leitfilm 19, der auf den Siliziumoxidmasken 12A abgeschieden ist, abgehoben wird, während die zurückgezogene Elektrode 19A, die über kleine Öffnungen verfügt, und die Kathoden 17 freigelegt werden. In diesem Fall wird die Dauer der Naßätzung derart gesteuert, daß der dritte und vierte Siliziumoxidfilm 16 und 18 überätzt werden. Auf diese Weise werden die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18 und 16 im Verhältnis zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart.
  • Als nächstes wird, wie in 9(b) gezeigt, ein Oberflächenbeschichtungsfilm 20, der aus einem Beschichtungsmaterial aus einem Metall mit einer geringen Austrittsarbeit oder einer Materialverbindung dieses Metallmaterials besteht, überall durch Sputtern ausgebildet, was zur Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten Ausführungsform führt.
  • Durch Sputtern können Oberflächenbeschichtungsfilme 20 mit einer exzellenten Beschichtungseigenschaft auf den Kathoden 17 ausgebildet werden, selbst wenn ein Beschichtungsmaterial verwendet wird, das aus einem Metallmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt oder einer Materialverbindung desselben besteht.
  • Durch Einstellen der Dicke der Oberflächenbeschichtungsfilme 20 auf 10 nm oder weniger, kann man eine Oberflächenbeschaffenheit erhalten, die genau die Strukturen der darunterliegenden Kathoden 17 wiedergibt. Demzufolge kann man Kathoden 17, die jeweils einen mikrostrukturierten Spitzenabschnitt in der Größenordnung von Nanometern aufweisen, auch nach der Ausbildung der Oberflächenbeschichtungsfilme 20 erhalten.
  • Selbst wenn die Öffnungen der zurückgezogenen Elektrode 19A extrem klein sind, führt parallelgerichtetes Sputtern, das angewendet wird, um die Oberflächenbeschichtungsfilme 20 auszubilden, zu einer exzellenten Richtungsführung der Abscheidung, so daß die Oberflächenbeschichtungsfilme 20 gleichmäßig nicht nur auf den Oberflächen der Kathoden 17 sondern auch auf den Bodenabschnitten des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden, das in den Öffnungen der zurückgezogenen Elektrode 19A freiliegt. Demzufolge wird es möglich, den Oberflächenbeschichtungsvorgang auf eine mikrostrukturierte Vorrichtung anzuwenden, die den Vorteil hat, mit einer geringeren Spannung betrieben zu werden, was bei der Steigerung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung von Vorteil ist.
  • Das zuvor erwähnte Herstellungsverfahren bietet zudem den Vorteil eines in exzellenter Weise gleichartigen und reproduzierbaren Prozesses, und ermöglicht die Ausbildung einer extrem kleinen Feldemissionselektronenquellenanordnung mit einer hohen Dichte und hoher Präzision.
  • Da darüber hinaus das Beschichtungsmaterial, das aus dem Metallmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt oder einer Materialverbindung desselben besteht, die jeweils über eine geringe Austrittsarbeit verfügen, mit hoher Genauigkeit auf den Oberflächen der Kathoden 17 aus Silizium ausgebildet werden kann, kann die Betriebsspannung für die Elektronenemission auf einen Wert gesenkt werden, der weitaus niedriger ist als jener, der auf herkömmliche Weise erreicht wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird der Aufbau einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2(a) stellt eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II von 2(b) dar, und 2(b) ist eine Aufsicht.
  • Wie in 2(a) und 2(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils über kreisförmige Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchmesser der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Durchmesser der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der zurückgezogenen Elektrode 19A sind turmförmige Kathoden 17 ausgebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt haben. Jede der Kathoden 17 verfügt über einen schart abgeschrägten Spitzenabschnitt mit einem Radius von 2 nm oder weniger, der durch Kristallanisotropieätzung und einen thermischen Oxidationsprozeß des Siliziums ausgebildet ist.
  • In den Oberflächenbereichen des Teils des Siliziumsubstrates 11, das in den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Kathode 17 freiliegt, ist eine hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 ausgebildet, die denselben Leitfähigkeitstyp hat wie das Siliziumsubstrat 11 und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die höher ist als die Verunreinigungskonzentration des Siliziumsubstrates 11.
  • Durch Verwendung eines n-artigen Siliziumsubstrates 11 und Phosphor als Verunreinigung, die in der hochkonzentrierten Verunreinigungsschicht 21 enthalten ist, und durch Einstellen des Schichtwiderstandes der hochkonzentrierten Verunreinigungsschicht 21 auf 10 kΩ oder weniger, kann die Effizienz der Elektronenemission am Spitzenabschnitt der Kathode 17 deutlich verbessert werden. Demzufolge kann eine Ausgangsspannung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Quantität von Elektronen abzugeben, deutlich gesenkt werden, oder die Quantität von Elektronen, die bei einer bestimmten Ausgangsspannung abgegeben werden, deutlich gesteigert werden.
  • Ein Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10 bis 12 beschrieben.
  • Zunächst wird, wie in 10(a) gezeigt, ein erster Siliziumoxidfilm 12 durch thermische Oxidation auf der Kristallebene (100) des Siliziumsubstrates 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, gefolgt von der Abscheidung eines Fotowiderstandsfilms 13 auf dem ersten Siliziumoxidfilm 12.
  • Anschließend wird, wie in 10(b) gezeigt, der Fotowiderstandsfilm 13 einer Fotolithografie zum Ausbilden scheibenförmiger Widerstandsmasken 13A unterzogen, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 μm haben. Anschließend wird eine anisotrope Trockenätzung am ersten Siliziumoxidfilm 12 unter Verwendung der Widerstandsmasken 13A ausgeführt, wodurch das Muster der Widerstandsmasken 13A auf den ersten Siliziumoxidfilm 12 übertragen wird und daraus Siliziumoxidmasken 12A ausgebildet werden.
  • Nun folgt, wie in 10(c) gezeigt, der Entfernung der Widerstandsmasken 13A eine anisotrope Trockenätzung, die am Siliziumsubstrat 11 unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A ausgeführt wird, wodurch zylindrische Elemente 14A auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden.
  • Daraufhin wird, wie in 10(d) gezeigt, eine Naßätzung an den zylindrischen Elementen 14A unter Verwendung eines Ätzmittels ausgeführt, das eine Kristalla nisotropie hat, wie etwa einer wässrigen Lösung aus Ethylendiamin und Pyrocatechin, wodurch sanduhrförmige Elemente 14B ausgebildet werden, die jeweils eine Seitenfläche haben, die die Kristallebene (331) enthält, und die in der Mitte eingeschnürt sind. In diesem Fall sind der Durchmesser der Siliziumoxidmaske 12A und das Maß der Einschnürung des sanduhrförmigen Elementes 14B optimal festgelegt, so daß die mikrostrukturierten sanduhrförmigen Elemente 14B, die jeweils den eingeschnürten Teil mit einem Durchmesser von etwa 0,1 μm aufweisen, einheitlich mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
  • Als nächstes werden, wie in 11(a) gezeigt, zweite Siliziumoxidfilme 15, die jeweils eine reduzierte Dicke von etwa 10 nm haben, auf den Seitenwänden der sanduhrförmigen Elemente 14B durch thermische Oxidation ausgebildet, um die eingeschnürten Teile der sanduhrförmigen Elemente 14B zu schützen. Danach wird eine anisotrope Trockenätzung am Siliziumsubstrat 11 wiederum unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A ausgeführt, um das Siliziumsubstrat 11 vertikal zu ätzen, wodurch die zylindrischen Elemente 14C mit entsprechenden sanduhrförmigen Köpfen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden, wie es in 11(b) gezeigt ist.
  • Nun wird, wie in 11(c) gezeigt, ein dritter Siliziumoxidfilm 16 mit einer Dicke von etwa 100 nm durch thermische Oxidation auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den zugehörigen sanduhrförmigen Köpfen und des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet, wodurch Kathoden 17 im Inneren der zylindrischen Elemente 14C mit den entsprechenden sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet werden. Der dritte Siliziumoxidfilm 16, der auf diese Weise auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den zugehörigen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet wird, dient dazu, die Spitzenabschnitte der Kathoden 17 scharf abzuschrägen und die Isoliereigenschaft eines Isolierfilms unter der zurückgezogenen Elektrode zu verbessern, die später beschrieben wird. Wenn in diesem Fall die thermische Oxidation bei einer Temperatur von etwa 950°C ausgeführt wird, was geringer ist als der Schmelzpunkt des Siliziumoxids, entwickelt sich eine Spannung in der Nähe der Schnittstelle zwischen der Kathode 17 aus Silizium und dem dritten Siliziumoxidfilm während der thermischen Oxidation, so daß die resultierende Kathode 17 einen schart abgeschrägten Spitzenabschnitt aufweist. Darüber hinaus hat der Siliziumoxidfilm, der durch thermische Oxidation ausgebildet ist, eine bessere Filmqualität als ein Siliziumoxidfilm, der mit einem anderen Verfahren, wie etwa Vakuumbedampfung, ausgebildet wird, so daß er einen hohen Isolationswiderstand aufweist. Demzufolge kann eine in hohem Maße zuverlässige Vorrichtung ausgebildet werden, die eine exzellente Isoliereigenschaft während des Anlegens einer Spannung an die zurückgezogene Elektrode aufweist, die später beschrieben werden wird.
  • Daraufhin werden, wie in 11(d) gezeigt, ein vierter Siliziumoxidfilm 18, der als Isolierfilm verwendet wird, und ein Leitfilm 19, der als die zurückgezogene Elektrode verwendet wird, nacheinander durch Vakuumbedampfung mit der zwischen ihnen angeordneten Siliziumoxidmaske 12A abgeschieden. Während der Ausbildung des vierten Siliziumoxidfilms 18 durch Vakuumbedampfung, wird Ozongas eingeleitet, um so einen qualitativ hochwertigen Siliziumoxidfilm auszubilden, der über eine exzellente Isoliereigenschaft verfügt. Die Verwendung eines Nb-Metallfilms als Leitfilm 19 ermöglicht die Ausbildung einer einheitlich zurückgezogenen Elektrode während des Abhebevorgangs, der später beschrieben wird.
  • Nun wird, wie in 12(a) gezeigt, eine Naßätzung unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure in einer Ultraschallumgebung ausgeführt, um selektiv die Seitenwandabschnitte der Kathoden 17 und die Siliziumoxidmasken 12A zu entfernen, wodurch der Leitfilm 19, der auf den Siliziumoxidmasken 12A abgeschieden ist, abgehoben wird, während die zurückgezogene Elektrode 19A, die über kleine Öffnungen verfügt, und die Kathoden 17 freigelegt werden. In diesem Fall wird die Dauer der Naßätzung derart gesteuert, daß der dritte und vierte Siliziumoxidfilm 16 und 18 überätzt werden. Auf diese Weise werden die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18 und 16 im Verhältnis zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart.
  • Als nächstes wird, wie in 21(b) dargestellt, eine Glasschicht, die ein Verunreinigungselement mit hoher Konzentration enthält, wie etwa eine Phosphorglasschicht 21 auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 einschließlich der Kathoden 17 abgeschieden, gefolgt von einer Wärmeschnellbehandlung (RTA), um eine geeignete thermische Behandlung an der Phosphorglasschicht 21 auszuführen. Die thermische Behandlung bewirkt eine Festkörperphasendiffusion des Verunreinigungselementes, das in der Phosphorglasschicht 21 enthalten ist, in den Oberflächenbereich der Kathoden 17, so daß die hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 in den Oberflächenbereichen der Kathoden 17 ausgebildet wird, wie es in 12(c) gezeigt ist. Auf diese Weise wird eine hoch konzentrierte Verunreinigungsschicht 22 mit einem Schichtwiderstand von 10 kΩ oder weniger gleichmäßig in einer Tiefe im Bereich von einigen zehn Nanometern, von der Oberfläche der Kathode 17 ausgehend, ausgebildet. Anschließend wird die Phosphorglasschicht 21 entfernt, was zur Feldemissionselektronenquelle gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt.
  • Obwohl mit dem Herstellungsverfahren eine hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 durch Festkörperphasendiffusion unter Verwendung der Phosphorglasschicht 21 ausgebildet wurde, kann die hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 ebenfalls durch Einführen eines Verunreinigungselementes in die Oberfläche der Kathode 17 durch Ionenimplantation mit geringer Energie und Aktivieren des Verunreinigungselementes durch ein Wärmebehandlung ausgebildet werden. In diesem Fall kann die hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 in einer Tiefe im Bereich von einigen zehn Nanometern gleichmäßig im Oberflächenbereich der Kathode 17 durch Einführen von Phosphor als Verunreinigungselement durch Ionenimplantation mit einer Beschleunigungsenergie von beispielsweise 5 keV ausgebildet werden.
  • Somit kann gemäß dem Herstellungsverfahren für die Feldemissionselektronenquelle der zweiten Ausführungsform die hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 gleichmäßig im Oberflächenbereich der Kathode 17 mit hoher Produktivität ausgebildet werden. Da die Verunreinigungskonzentration am Spitzenabschnitt der Kathode 17 erhöht werden kann, wird die Effizienz der Elektronenemission deutlich verbessert, was zu einer beträchtlichen Verringerung der Ausgangsspannung, die erforderlich ist, um eine bestimmte Quantität von Elektronen abzugeben, oder einer deutlichen Erhöhung der Menge der abgegebenen Elektronen bei einer bestimmten Ausgangsspannung führt.
  • Obwohl bei den Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform ein Kristallanisotropie und ein thermischer Oxidationsprozeß zum Ausbilden der Kathoden 17 und der zurückgezogenen Elektrode 19A auf der Kristallebene (100) des Siliziumsubstrates 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, angewendet wurden und dadurch die scharf abgeschrägten Spitzenabschnitte der Kathoden 17 erzeugt wurden, ist es ebenfalls möglich, alternativ dazu ein Verfahren anzuwenden, bei dem ein Polysiliziumfilm bei einer geringen Temperatur auf einem Glassubstrat ausgebildet wird und eine Wärmebehandlung, wie etwa Anlassen durch einen Laser, an den vorgeschriebenen Bereichen des Polysiliziumfilms ausgeführt wird, in denen die Feldemissionselektronenquelle ausgebildet werden soll, wodurch der Polysiliziumfilm in den vorgeschriebenen Bereichen kristallisiert wird. Dieses Verfahren gestattet die Ausbildung einer Gruppe von Feldemissionselektronenquellen, die einen großen Bereich auf dem preisgünstigen Glassubstrat einnehmen.
  • Anstelle des Siliziumsubstrates 11, das bei der ersten oder zweiten Ausführungsform verwendet wird, kann ein Substrat, bestehend aus einem anderen Halbleitermaterial, wie etwa eine Halbleiterverbindung aus GaAs oder dergleichen verwendet werden.
  • Wenngleich bei der ersten oder zweiten Ausführungsform die turmförmige Kathode 17 und die zurückgezogene Elektrode 19 mit kreisförmigen Öffnungen verwendet wurde, sind die Ausbildungen der Kathode 17 und der zurückgezogenen Elektrode 19 nicht darauf beschränkt. Nun folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform, bei der eine Kathode 17 mit einer anderen Konfiguration als der Konfiguration zur Anwendung kommt, die bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wurde.
  • Dritte Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird der Aufbau einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3(a) zeigt den Querschnitt entlang der Linie III-III von 3(b) und 3(b) eine Aufsicht.
  • Wie in 3(a) und 3(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils über Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden rechteckigen Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist die Länge jeder Seite der Öffnungen der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Länge jeder entsprechenden Länge der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der zurückgezogenen Elektrode 19A sind keilartige Kathoden 18 ausgebildet.
  • In den Oberflächenbereichen des Teils des Siliziumsubstrates 11, das in den jeweiligen Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Kathode 17 freiliegt, ist eine hochkonzentrierte Verunreinigungsschicht 22 ausgebildet, die denselben Leitfähigkeitstyp hat wie jener des Siliziumsubstrates 11, und eine Verunreinigung in einer Konzentration aufweist, die höher ist als die Verunreinigungskonzentration des Siliziumsubstrates 11.
  • Vierte Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird der Aufbau einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4(a) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 4(b) und 4(b) eine Aufsicht.
  • Wie in 4(a) und 4(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden kreisförmigen Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchmesser der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Durchmesser der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der zurückgezogenen Elektrode 19A sind konische Kathoden 19A ausgebildet.
  • In den Oberflächenbereichen des Abschnittes des Siliziumsubstrates 11, der in den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Kathode 17 freiliegt, ist eine flache Verunreinigungsschicht 22 hoher Konzentration ausgebildet, die denselben Leitfähigkeitstyp wie der des Siliziumsubstrates hat und eine Verunreinigung in einer Konzentration aufweist, die höher ist als die Verunreinigungskonzentration des Siliziumsubstrates 11.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird der Aufbau einer Feldemissionselektronenquelle gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5(a) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V aus 5(b) und 5(b) eine Aufsicht.
  • Wie in 5(a) und 5(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils über kreisförmige Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchmesser der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Durchmesser der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der zurückgezogenen Elektrode 19A sind turmförmige Kathoden 19A ausgebildet, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Jede Kathode 17 hat einen scharf abgeschrägten Spitzenabschnitt mit einem Radius von bis zu 2 nm, der durch Kristallanisotropieätzung und einen thermischen Oxidationsvorgang des Siliziums ausgebildet wird.
  • Der Abschnitt des Siliziumsubstrates 11, der in den jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Kathode 17 freiliegt, ist mit einer Oberflächenbeschichtung 23 überzogen, die aus einer ultrafeinen Partikelstruktur besteht, die durch Laserablation ausgebildet ist. Ein Material, das die Oberflächenbeschichtung 23 bildet, verfügt vorzugsweise über eine geringe Austrittsarbeit, so daß die Elektronen gesteuert abgegeben werden. Als ultrafeine Partikel, die die Oberflächenbeschichtung 23 bilden, werden Siliziumpartikel jeweils mit einem Durchmesser im der Größenordnung von Nanometern bevorzugt, d. h. ein Durchmesser von bis zu 10 nm wird hinsichtlich der Effizienz der Elektronenemission bevorzugt. Vorzugsweise werden die ultrafeinen Partikel, die die Oberflächenbeschichtung 23 bilden in einer einzigen oder in mehreren Schichten abgeschieden. Für den Fall, daß der Siliziumpartikel einen Durchmesser von etwa 10 nm aufweist, ist eine einzige Schicht von Siliziumpartikeln ausreichend. Für den Fall, daß der Siliziumpartikel einen Durchmesser von etwa 5 nm hat, werden die Siliziumpartikel vorzugsweise in zwei oder drei Schichten abgeschieden, wie es in 18(a) dargestellt ist.
  • 18(b) zeigt den Querschnitt einer porösen Schicht 107a, die aus Silizium besteht und durch Anodisierung (Ätzen) auf der Oberfläche der Kathode 107 in der Feldemissionselektronenquelle gemäß der dritten herkömmlichen Ausführungsform ausgebildet ist. Da, wie in der Zeichnung dargestellt, die poröse Schicht 107a durch Anodisierung ausgebildet wurde, hat der Spitzenabschnitt der Kathode 17 eine stumpfe Form, was zu einem größeren und veränderten Kurvenradius führt. Demzufolge haben sich die Eigenschaften der Vorrichtung bei der dritten herkömmlichen Ausführungsform verändert, was den Aufbau der Vorrichtung verkompliziert und die Zuverlässigkeit der resultierenden Vorrichtung verringert, was ein ernsthaftes Problem bei den praktischen Anwendungen darstellt.
  • Bei der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform hingegen, wurde die Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, auf der Oberfläche der Kathode 17 derart ausgebildet, daß eine stumpfe Gestalt des Spitzenabschnittes verhindert wird. Demzufolge wird der Kurvenradius des Spitzenabschnittes nicht vergrößert oder verändert, was zu einem einfacheren Vorrichtungsaufbau und einer größeren Zuverlässigkeit der Vorrichtung führt.
  • Durch den mikrostrukturierten Spitzenabschnitt der Kathode ist der Kurvenradius des Spitzenabschnittes ein Parameter, der einen besonders großen Einfluß auf die Eigenschaften der Betriebsspannung während der Elektronenemission hat. Wenn das Verhältnis zwischen dem Kurvenradius und einem Koeffizient der elektrostatischen Fokussierung unter der Voraussetzung simuliert wird, daß die Bedingungen mit Ausnahme des Kurvenradius dieselben sind, ist der Koeffizient der elektrostatischen Fokussierung am Spitzenabschnitt mit einem Kurvenradius von 2 nm in etwa der doppelte Koeffizient der elektrostatischen Fokussierung am Spitzenabschnitt mit einem Kurvenradius von 10 nm. Somit werden die grundlegenden Eigenschaften der Vorrichtung, wie etwa der Betriebsstrom und die Betriebsspannung durch eine geringe Veränderung des Kurvenradius des Spitzenabschnittes der Kathode im Bereich von Nanometern deutlich verändert.
  • Da eine elektronenemittierende Stelle leicht von der Adsorptionstätigkeit der Moleküle der Gasrückstände im Vakuum beeinflußt wird, ändert sich eine scheinbare Austrittsarbeit aufgrund der Adsorption oder Desorption der Gasmoleküle, was zu einem instabilen Emissionsstrom führt. Bei der fünften Ausführungsform wurde die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus der ultrafeinen Partikelstruktur, jedoch auf der Oberfläche der Kathode 17 ausgebildet, so daß Schwankungen der Quantität der emittierten Elektronen durch den Ausgleichseffekt der zahlreichen ultrafeinen Partikel eliminiert werden. Dies erzeugt eine äußerst stabile Elektronenemissionseigenschaft, während ein drastischer Anstieg der Quantität der emittierten Elektronen unterdrückt wird, wodurch das Problem der Zerstörung der Kathode behoben wird, das aus einem außergewöhnlichen Anstieg der Quantität der emittierten Elektronen resultiert.
  • Wie es aus dem Vergleich von 18(a) mit 18(b) deutlich wird, ist die Zahl der elektronenemittierenden Stellen in der Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, bei der fünften Ausführungsform deutlich größer als die Zahl der elektronenemittierenden Stellen in der porösen Schicht 107a bei der dritten herkömmlichen Ausführungsform. Daher wird eine extrem große Menge von Elektronen von der Oberflächenbeschichtung 23 auf der Kathode 17 abgegeben, während ein stabilerer Strom von der Kathode 17 während der Elektronenemission fließt, da sich die scheinbare Austrittsarbeit mit geringerer Wahrscheinlichkeit ändert.
  • Auf diese Weise kann bei der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform der Betriebsstrom und die Betriebsspannung verringert werden, während sich die Vorrichtungseigenschaften, wie etwa der Betriebsstrom und die Betriebsspannung nicht ändern.
  • Die ultrafeine Partikelstruktur, bestehend aus der Oberflächenbeschichtung 23, kann aus einem anderen Material als Silizium mit einer geringen Austrittsarbeit bestehen, wie etwa Diamant, DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff) oder ZrC.
  • Nun folgt eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für eine Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 13 bis 15.
  • Zunächst wird, wie in 13(a) gezeigt, ein erster Siliziumoxidfilm 12 durch thermische Oxidation auf der Kristallebene (100) des Siliziumsubstrates 11, beste hend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, gefolgt von der Abscheidung eines Fotowiderstandsfilms 13 auf dem ersten Siliziumdioxidfilm 12.
  • Als nächstes wird, wie in 13(b) gezeigt, der Fotowiderstandsfilm 13 einer Fotolithografie zum Ausbilden scheibenförmiger Widerstandsmasken 13A unterzogen, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 μm haben. Anschließend wird am ersten Siliziumoxidfilm 12 eine anisotrope Trockenätzung unter Verwendung der Widerstandsmasken 13A durchgeführt, um dadurch das Muster der Widerstandsmasken 13A auf den ersten Siliziumdioxidfilm 12 zu übertragen und daraus Siliziumoxidmasken 12A auszubilden.
  • Anschließend folgt, wie in 13(c) gezeigt, der Entfernung der Widerstandsmasken 13A eine anisotrope Trockenätzung des Siliziumsubstrates 11 unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A, wodurch zylindrische Elemente 14A auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden.
  • Dann werden, wie in 13(d) gezeigt, die zylindrischen Elemente 14A unter Verwendung eines Ätzmittels mit kristalliner Anisotropie, wie etwa einer wässrigen Lösung aus Ethylendiamin und Pyrocatechin, naßgeätzt, wodurch sanduhrförmige Elemente 14B ausgebildet werden, die jeweils über eine Seitenoberfläche verfügen, die die Kristallebene (331) enthält, und die in der Mitte eingeschnürt sind. In diesem Fall sind der Durchmesser der Siliziumoxidmaske 12A und der Grad der Einschnürung des sanduhrförmigen Elementes 14B optimal festgelegt, so daß die mikrostrukturellen sanduhrförmigen Elemente 14B, die jeweils über den eingeschnürten Teil mit einem Durchmesser von etwa 0,1 μm verfügen, einheitlich mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
  • Als nächstes werden, wie in 14(a) gezeigt, die Siliziumoxidfilme 15, die jeweils ein verminderte Dicke von etwa 10 nm haben, auf den Seitenwänden der sanduhrförmigen Elemente 14B durch thermische Oxidation ausgebildet, um die eingeschnürten Teile der sanduhrförmigen Elemente 14B zu schützen. Anschließend wird am Siliziumsubstrat 12A wiederum unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A eine Trockenätzung ausgeführt, um das Siliziumsubstrat 11 vertikal zu ätzen und dadurch zylindrische Elemente 14C mit entsprechenden sand uhrförmigen Köpfen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 auszubilden, wie es in 14(b) gezeigt ist.
  • Anschließend wird, wie in 14(c) gezeigt, ein dritter Siliziumoxidfilm 16 mit einer Dicke von etwa 100 nm durch thermische Oxidation auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen und des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet, wodurch Kathoden 17 im Inneren der zylindrischen Elemente 14C mit den jeweiligen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet werden. Der dritte Siliziumoxidfilm 16, der auf diese Weise auf den Oberflächen der zylindrischen Elemente 14C mit den zugehörigen sanduhrförmigen Köpfen ausgebildet wird, dient dazu, die Spitzenabschnitte der Kathoden 17 scharf abzuschrägen und die Isoliereigenschaft eines Isolierfilms unter der zurückgezogenen Elektrode zu verbessern, die später beschrieben wird. Wenn in diesem Fall die thermische Oxidation bei einer Temperatur von etwa 950°C ausgeführt wird, die geringer ist als der Schmelzpunkt des Siliziumoxids, entwickelt sich eine Spannung in der Nähe der Schnittstelle zwischen der Kathode 17 aus Silizium und dem dritten Siliziumoxidfilm während der thermischen Oxidation, so daß die resultierende Kathode 17 einen scharf abgeschrägten Spitzenabschnitt aufweist. Darüber hinaus hat der Siliziumoxidfilm, der durch thermische Oxidation ausgebildet ist, eine bessere Filmqualität als ein Siliziumoxidfilm, der mit einem anderen Verfahren, wie etwa Vakuumbedampfung, ausgebildet wird, so daß er einen hohen Isolationswiderstand aufweist. Demzufolge kann eine in hohem Maße zuverlässige Vorrichtung ausgebildet werden, die eine exzellente Isoliereigenschaft während des Anlegens einer Spannung an die zurückgezogene Elektrode aufweist, die später beschrieben werden wird.
  • Daraufhin werden, wie in 14(d) gezeigt, ein vierter Siliziumoxidfilm 18, der als Isolierfilm verwendet wird, und ein Leitfilm 19, der als die zurückgezogene Elektrode verwendet wird, nacheinander durch Vakuumbedampfung auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrates 11, einschließlich den Oberseiten der Siliziumoxidmasken 12A, abgeschieden. Während der Ausbildung des vierten Siliziumoxidfilms 18 durch Vakuumbedampfung, wird Ozongas eingeleitet, um so einen qualitativ hochwertigen Siliziumoxidfilm auszubilden, der über eine exzellente Isoliereigenschaft verfügt. Die Verwendung eines Nb-Metallfilms als Leitfilm 19 ermöglicht die Ausbildung einer einheitlich zurückgezogenen Elektrode während des Abhebevorgangs, der später beschrieben wird.
  • Nun wird, wie in 15(a) gezeigt, eine Naßätzung unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure in einer Ultraschallumgebung ausgeführt, um selektiv die Seitenwandabschnitte der Kathoden 17 und die Siliziumoxidmasken 12A zu entfernen, wodurch der Leitfilm 19, der auf den Siliziumoxidmasken 12A abgeschieden ist, abgehoben wird, während die zurückgezogene Elektrode 19A, die über kleine Öffnungen verfügt, und die Kathoden 17 freigelegt werden. In diesem Fall wird die Dauer der Naßätzung derart gesteuert, daß der dritte und vierte Siliziumoxidfilm 16 und 18 überätzt werden. Auf diese Weise werden die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18 und 16 im Verhältnis zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart.
  • Anschließend wird, wie in 15(b) gezeigt, die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus der ultrafeinen Partikelstruktur, auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 einschließlich der Kathoden 17 durch Laserablation abgeschieden, was zur Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform führt.
  • In diesem Fall kann der Typ (undotierter Typ oder n-Typ) und der Widerstand des Siliziumsubstrates, das als Target bei der Laserablation verwendet wird, in Übereinstimmung mit den bevorzugten Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung 23 bestimmt werden. Als Lichtquelle für die Laserablation wird ein ArF-Excimerlaser mit hoher Energie bevorzugt.
  • Durch Optimieren der Prozeßbedingungen der Laserablation kann die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus den ultrafeinen Partikeln, die einen gewünschten Durchmesser haben und in einer gewünschten Zahl von Schichten abgeschieden werden, auf der gesamten Oberfläche der Kathode abgeschieden werden. Unter bestimmten Prozeßbedingungen wird ein ArF-Excimerlaserstrahl mit einer Impulsbreite von 12 nsec und einer Wiederholfrequenz von 10 Hz abgestrahlt und auf einen Punkt mit 3 × 1 mm bei einer Energiedichte von 1 J/cm2 auf einem Siliziumwafer, der als Target dient, fokussiert. Unter diesen Umständen beträgt die Ablationsrate für das Target, das aus dem Siliziumwafer besteht, 0,2 μm/Impuls. Die Laserablation wird unter Zeitsteuerung ausgeführt, während ein Grundvakuum bei 0,13 Pa (1 × 106 Torr) beibehalten und He-Gas mit einer gegebenen Strömungsrate eingeleitet wird. Durch optimales Festlegen des Drucks (Strömungsrate) des He-Gases kann die Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, die durch die ultrafeinen Partikel mit einem Durchmesser im Bereich von Nanometern gebildet wird, mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden. Durch Einstellen der Dicke der Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, die durch Laserablation ausgebildet werden, auf etwa bis zu 10 nm, kann die Konfiguration der Kathode 17 mit hoher Wiedergabetreue in der Oberflächenbeschichtung 23 ausgebildet werden, so daß der Spitzenabschnitt der Oberflächenbeschichtung 23 eine scharf abgeschrägte Konfiguration hat.
  • Da beim Herstellungsverfahren der Feldemissionselektronenquelle gemäß der fünften Ausführungsform die Laserablation zur Anwendung kam, besteht nicht die Gefahr, daß die Oberfläche der Kathode 12 während dieses Vorgangs beschädigt wird, während die die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus der gleichmäßigen ultrafeinen Partikelstruktur, ohne Beeinträchtigung der extrem kleinen Konfiguration der Kathode 17 ausgebildet werden kann. Weiterhin ermöglicht das Herstellungsverfahren die Ausbildung einer Gruppe extrem kleiner Feldemissionselektronenquellen in hoher Dichte und Präzision durch den exzellent gleichmäßigen und reproduzierbaren Vorgang.
  • Als Target für die Laserablation kann ein anderes Material als Silizium mit geringer Austrittsarbeit verwendet werden, wie etwa Diamant, DLC oder ZrC. Die Verwendung des Target aus Silizium verbessert die Produktivität, während die Verwendung eines anderen Materials mit geringer Austrittsarbeit die Spannung des Betriebsstroms absenkt.
  • Sechste Ausführungsform
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Feldemissionselektronenquelle gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6(a) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI von 6(b) und 6(b) eine Aufsicht.
  • Wie in 6(a) und 6(b) dargestellt, ist eine zurückgezogene Elektrode 19A auf einem Siliziumsubstrat 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, wobei ein Isolierfilm zwischengelegt ist, der aus einem oberen Siliziumoxidfilm 18A und einem unteren Siliziumoxidfilm 16A besteht, die jeweils über kreisförmige Öffnungen in Übereinstimmung mit entsprechenden Bereichen verfügen, in denen Kathoden ausgebildet werden sollen, die gruppenartig angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchmesser der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A kleiner als die Durchmesser der jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A, so daß die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A relativ zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart sind.
  • In den Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A der zurückgezogenen Elektrode 19A sind Kathoden 17 ausgebildet, die jeweils eine cocktailglasförmige Konfiguration haben, die aus zwei Kegelstümpfen besteht, deren Oberseiten miteinander verbunden sind und über Seitenoberflächen verfügen, die die Kristallebene (331) enthalten. Der obere Umfangsrand der Kathode 17 hat einen scharf abgeschrägten Querschnitt mit einem Radius von etwa 2 nm, der durch Kristallanisotropieätzung und einen thermischen Oxidationsvorgang ausgebildet ist. Die Oberflächen des Abschnittes des Siliziumsubstrates 11, der in den jeweiligen Öffnungen des oberen und unteren Siliziumoxidfilms 18A und 16A und der Kathode 17 freiliegt, sind mit einer Oberflächenbeschichtung 23 überzogen, die aus einer ultrafeinen Partikelstruktur besteht. Ein Material, das die Oberflächenbeschichtung 23 bildet, verfügt über eine geringe Austrittsarbeit, so daß die Elektronen gesteuert abgegeben werden. Als ultrafeine Partikel, die die Oberflächenbeschichtung 23 bilden, werden Siliziumpartikel jeweils mit einem Durchmesser in der Größenordnung von Nanometern bevorzugt, d. h. ein Durchmesser von bis zu 10 nm wird hinsichtlich der Effizienz der Elektronenemission bevorzugt. Vorzugsweise werden die ultrafeinen Partikel, die die Oberflächenbe schichtung 23 bilden, in einer einzigen oder in mehreren Schichten abgeschieden. Für den Fall, daß der Siliziumpartikel einen Durchmesser von etwa 10 nm aufweist, ist eine einzige Schicht von Siliziumpartikeln ausreichend. Für den Fall, daß der Siliziumpartikel einen Durchmesser von etwa 5 nm hat, werden die Siliziumpartikel vorzugsweise in zwei oder drei Schichten abgeschieden.
  • Bei dieser Anordnung wurde die Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, auf der Oberfläche der Kathode 17 derart ausgebildet, daß ein stumpfer Spitzenabschnitt der Kathode 17 verhindert wird. Demzufolge wird der Kurvenradius des oberen Abschnittes nicht vergrößert oder verändert, was zu einem einfacheren Vorrichtungsaufbau und einer höheren Zuverlässigkeit der Vorrichtung führt, ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform.
  • Da darüber hinaus die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus der ultrafeinen Partikelstruktur auf der Oberfläche der Kathode 17 ausgebildet wurde, werden Schwankungen der Quantität der emittierten Elektronen durch den Ausgleichseffekt der zahlreichen ultrafeinen Partikel, ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform, beseitigt. Dies führt zu einer äußerst stabilen Elektronenemissionseigenschaft, während ein drastischer Anstieg der Menge der emittierten Elektronen unterdrückt wird, wodurch das Problem beseitigt wird, daß die Kathode aufgrund eines außergewöhnlichen Anstiegs der Menge der emittierten Elektronen zerstört wird.
  • Da weiterhin eine extrem große Zahl von Elektronenemissionsstellen in den Oberflächenbeschichtungen 23, bestehend aus der ultrafeinen Partikelstruktur, ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform vorhanden sind, wird eine extrem große Menge von Elektronen von der Oberflächenbeschichtung 23 abgegeben, während ein stabilerer Strom von der Kathode 17 während der Elektronenemission fließt, da sich die auftretende Austrittsarbeit mit geringerer Wahrscheinlichkeit ändert.
  • Auf diese Weise können gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Betriebsstrom und die Betriebsspannung verringert werden, während sich die Vorrichtungseigenschaften, wie etwa der Betriebsstrom und die Betriebsspannung nicht ändern.
  • Die ultrafeine Partikelstruktur, die die Oberflächenbeschichtung 23 bildet, kann aus einem anderen Material einer geringen Austrittsarbeit als Silizium bestehen, wie etwa aus Diamant, DLC oder ZrC.
  • Nun folgt eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens einer Feldemissionselektronenquelle gemäß der sechsten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 16 und 17.
  • Zunächst wird, wie in 16(a) gezeigt, ein erster Siliziumoxidfilm 12 durch thermische Oxidation auf der Kristallebene (100) des Siliziumsubstrates 11, bestehend aus einem Siliziumkristall, ausgebildet, gefolgt von der Abscheidung eines Fotowiderstandsfilms 13 auf dem ersten Siliziumdioxidfilm 12.
  • Als nächstes wird, wie in 16(b) gezeigt, der Fotowiderstandsfilm 13 einer Fotolithografie zum Ausbilden scheibenförmiger Widerstandsmasken 13A unterzogen, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 μm haben. Anschließend wird am ersten Siliziumoxidfilm 12 eine anisotrope Trockenätzung unter Verwendung der Widerstandsmasken 13A durchgeführt, um dadurch das Muster der Widerstandsmasken 13A auf den ersten Siliziumdioxidfilm 12 zu übertragen und daraus Siliziumoxidmasken 12A auszubilden.
  • Anschließend folgt, wie in 16(c) gezeigt, der Entfernung der Widerstandsmasken 13A eine anisotrope Trockenätzung des Siliziumsubstrates 11 unter Verwendung der Siliziumoxidmasken 12A, wodurch zylindrische Elemente 14A auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 ausgebildet werden.
  • Dann werden, wie in 16(d) gezeigt, die zylindrischen Elemente 14A unter Verwendung eines Ätzmittels mit kristalliner Anisotropie, wie etwa einer wässrigen Lösung aus Ethylendiamin und Pyrocatechin, naßgeätzt, wodurch sanduhrförmige Elemente 14B ausgebildet werden, die jeweils über eine Seitenoberfläche verfügen, die die Kristallebene (331) enthält und in der Mitte eingeschnürt ist. In die sem Fall sind der Durchmesser der Siliziumoxidmaske 12A und der Grad der Einschnürung des sanduhrförmigen Elementes 14B optimal festgelegt, so daß die mikrostrukturellen sanduhrförmigen Elemente 14B, die jeweils über den eingeschnürten Teil mit einem Durchmesser von etwa 0,1 μm verfügen, einheitlich mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
  • Als nächstes werden, wie in 17(a) gezeigt, die Siliziumoxidfilme 15, die jeweils ein verminderte Dicke von etwa 10 nm bis 20 nm haben, auf den Seitenwänden der sanduhrförmigen Elemente 14B durch thermische Oxidation ausgebildet.
  • Daraufhin werden, wie in 17(b) gezeigt, ein dritter Siliziumoxidfilm 18, der als Isolierfilm verwendet wird, und ein Leitfilm 19, der als die zurückgezogene Elektrode verwendet wird, nacheinander durch Vakuumbedampfung auf der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrates 11, einschließlich den Oberseiten der Siliziumoxidmasken 12A, abgeschieden. Während der Ausbildung des dritten Siliziumoxidfilms 18 durch Vakuumbedampfung, wird Ozongas eingeleitet, um so einen qualitativ hochwertigen Siliziumoxidfilm auszubilden, der über eine exzellente Isoliereigenschaft verfügt. Die Verwendung eines Nb-Metallfilms als Leitfilm 19 ermöglicht die Ausbildung einer einheitlich zurückgezogenen Elektrode während des Abhebevorgangs, der später beschrieben wird.
  • Nun wird, wie in 17(c) gezeigt, eine Naßätzung unter Verwendung einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure in einer Ultraschallumgebung ausgeführt, um selektiv die Seitenwandabschnitte der Kathoden 17 und die Siliziumoxidmasken 12A zu entfernen, wodurch der Leitfilm 19, der auf den Siliziumoxidmasken 12A abgeschieden ist, abgehoben wird, während die zurückgezogene Elektrode 19A, die über kleine Öffnungen verfügt, und die Kathoden 17 freigelegt werden. In diesem Fall wird die Dauer der Naßätzung derart gesteuert, daß der dritte und vierte Siliziumoxidfilm 16 und 18 überätzt werden. Auf diese Weise werden die Umfangsflächen der Öffnungen des oberen und des unteren Siliziumoxidfilms 18 und 16 im Verhältnis zur Umfangsfläche der Öffnung der zurückgezogenen Elektrode 19A ausgespart.
  • Anschließend wird, wie in 17(d) gezeigt, die Oberflächenbeschichtung 23, bestehend aus der ultrafeinen Partikelstruktur, auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrates 11 einschließlich der Kathoden 17 durch Laserablation abgeschieden, was zur Feldemissionselektronenquelle gemäß der sechsten Ausführungsform führt.
  • Auf diese Weise kann die Oberflächenbeschichtung 23, die aus der ultrafeinen Partikelstruktur besteht, die durch die ultrafeinen Partikel mit jeweils einem gewünschten Durchmesser gebildet wird, auf dem oberen Umfangsrand der Oberseite der Kathode 17, die eine cocktailglasförmige Konfiguration hat, ausgebildet werden, so daß die scharf abgeschrägte Form der Kathode 17 präzise in der Oberflächenbeschichtung 23 wiedergegeben wird. Demzufolge verfügt die Oberflächenbeschichtung 23 über einen schart abgeschrägten Spitzenabschnitt.
  • Da die Oberflächenbeschichtung 23 durch Laserablation ausgebildet wurde, besteht nicht die Gefahr, daß die Oberfläche der Kathode 17 während des Prozesses beschädigt wird. Darüber hinaus ermöglicht der äußerst gleichmäßige und reproduzierbare Vorgang die Ausbildung einer Gruppe extrem kleiner Feldemissionselektronenquellen mit hoher Dichte und Präzision.
  • Anstelle des Siliziumsubstrates 11 kann ein anderes Halbleitermaterial, wie etwa eine Halbleiterverbindung aus GaAs oder dergleichen verwendet werden.
  • Wenngleich die Kathode 17 in der fünften Ausführungsform turmförmig ist und in der sechsten Ausführungsform die Gestalt eines Cocktailglases hat, kann sie anstelle dessen konisch sein.
  • Anstelle des Siliziumsubstrates 11 kann ein Substrat verwendet werden, das aus einem anderen Halbleitermaterial, wie etwa einem Verbundhableiter aus GaAs oder dergleichen gefertigt ist.

Claims (4)

  1. Feldemissions-Elektronenquelle, die umfaßt: ein Substrat (11); eine Extraktionselektrode (19A), die auf dem Substrat (11) mit einem dazwischen befindlichen, Isolierfilm (16A, 18A) ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die einem Bereich entspricht, in dem eine Kathode (17) ausgebildet werden soll; eine Kathode (17) mit einem turmähnlichen Aufbau, die auf dem Substrat (11) und in der Öffnung der Extraktionselektrode (19A) ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenüberzugsschicht (23), die aus einer ultrafeinen Partikelstruktur besteht, auf einer Oberfläche der Kathode (17) ausgebildet ist, und die ultrafeine Partikelstruktur aus einer Gruppe einheitlicher, ultrafeiner Partikel besteht, die jeweils einen Durchmesser von 10 nm oder weniger haben.
  2. Feldemissions-Elektronenquelle nach Anspruch 1, bei der die Kathode (17) einen sanduhrförmigen Aufbau hat.
  3. Verfahren zum Herstellen einer Feldemissions-Elektronenquelle, das umfaßt: einen Kathoden-Ausbildungsschritt, bei dem ein Substrat (11) unter Verwendung einer Ätzmaske, die auf dem Substrat (11) ausgebildet ist, geätzt wird, um eine turmähnliche Kathode (17) auf dem Substrat (11) auszubilden; einen Extraktionselektroden-Ausbildungsschritt, bei dem nacheinander ein isolierender Film (16A, 18A) und ein leitender Film (19A) auf der gesamten Oberfläche des Substrats (11) ausgebildet werden und der isolierende Film (16A, 18A) sowie der leitende Film (19A), die über der Ätzmaske liegen, abgehoben werden, um eine Extraktionselektrode (19A) auszubilden, die eine Öffnung aufweist, die die Kathode (17) umschließt; gekennzeichnet durch: einen Oberflächenüberzugsschicht-Ausbildungsschritt, bei dem eine Oberflächenüberzugsschicht (23), die aus einer ultrafeinen Partikelstruktur besteht, auf einer Oberfläche der Kathode ausgebildet wird, und der Oberflächenüberzugsschicht-Ausbildungsschritt den Schritt des Ausbildens der Oberflächenüberzugsschicht (23) durch Dampfphasen-Epitaxie beinhaltet.
  4. Verfahren zum Herstellen einer Feldemissions-Elektrodenquelle nach Anspruch 3, wobei die Dampfphasen-Epitaxie Laserablation ist.
DE69730143T 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und sein Herstellungsverfahren Expired - Lifetime DE69730143T2 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50997 1988-04-18
JP9260296 1996-04-15
JP9260296 1996-04-15
JP50997 1997-01-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69730143D1 DE69730143D1 (de) 2004-09-09
DE69730143T2 true DE69730143T2 (de) 2004-12-09

Family

ID=26333504

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69730143T Expired - Lifetime DE69730143T2 (de) 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und sein Herstellungsverfahren
DE69714123T Expired - Lifetime DE69714123T2 (de) 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und seine Herstellungsverfahren
DE69738805T Expired - Lifetime DE69738805D1 (de) 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und ihr Herstellungsverfahren

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69714123T Expired - Lifetime DE69714123T2 (de) 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und seine Herstellungsverfahren
DE69738805T Expired - Lifetime DE69738805D1 (de) 1996-04-15 1997-04-15 Feldemissionselektronenquelle und ihr Herstellungsverfahren

Country Status (4)

Country Link
US (2) US5925891A (de)
EP (3) EP0802555B1 (de)
KR (1) KR100442982B1 (de)
DE (3) DE69730143T2 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999044215A1 (fr) * 1998-02-27 1999-09-02 Isle Bright Limited Emetteur a effet de champ et procede de fabrication
US6120857A (en) * 1998-05-18 2000-09-19 The Regents Of The University Of California Low work function surface layers produced by laser ablation using short-wavelength photons
US6465941B1 (en) * 1998-12-07 2002-10-15 Sony Corporation Cold cathode field emission device and display
US6692323B1 (en) * 2000-01-14 2004-02-17 Micron Technology, Inc. Structure and method to enhance field emission in field emitter device
US6822379B2 (en) * 2002-10-01 2004-11-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Emission device and method for forming
US7169128B2 (en) * 2003-08-04 2007-01-30 Bioquiddity, Inc. Multichannel fluid delivery device
CN100530517C (zh) * 2004-12-08 2009-08-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 场发射照明光源
TWI246355B (en) * 2004-12-17 2005-12-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Field emission type light source and backlight module using the same
US7329595B2 (en) * 2005-04-26 2008-02-12 Lucent Technologies Inc. Deposition of carbon-containing layers using vitreous carbon source
US7598104B2 (en) * 2006-11-24 2009-10-06 Agency For Science, Technology And Research Method of forming a metal contact and passivation of a semiconductor feature
US7741764B1 (en) 2007-01-09 2010-06-22 Chien-Min Sung DLC emitter devices and associated methods
JP2008202642A (ja) * 2007-02-16 2008-09-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流体軸受装置、それを備えたスピンドルモータ、記録再生装置、及び軸受部品の製造方法
US8828520B2 (en) * 2008-07-01 2014-09-09 Alcatel Lucent Micro-posts having improved uniformity and a method of manufacture thereof
EP2819165B1 (de) 2013-06-26 2018-05-30 Nexperia B.V. Feldemissionsvorrichtung und Herstellungsverfahren
US10083812B1 (en) * 2015-12-04 2018-09-25 Applied Physics Technologies, Inc. Thermionic-enhanced field emission electron source composed of transition metal carbide material with sharp emitter end-form

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3581151A (en) * 1968-09-16 1971-05-25 Bell Telephone Labor Inc Cold cathode structure comprising semiconductor whisker elements
US4663559A (en) * 1982-09-17 1987-05-05 Christensen Alton O Field emission device
WO1989009479A1 (fr) * 1988-03-25 1989-10-05 Thomson-Csf Procede de fabrication de sources d'electrons du type a emission de champ, et son application a la realisation de reseaux d'emetteurs
EP0713237B1 (de) * 1989-09-04 2000-12-27 Canon Kabushiki Kaisha Elektronenemissionselement- und Herstellungsverfahren desselben
US5312514A (en) * 1991-11-07 1994-05-17 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of making a field emitter device using randomly located nuclei as an etch mask
US5141460A (en) * 1991-08-20 1992-08-25 Jaskie James E Method of making a field emission electron source employing a diamond coating
KR960009127B1 (en) * 1993-01-06 1996-07-13 Samsung Display Devices Co Ltd Silicon field emission emitter and the manufacturing method
WO1994020975A1 (en) * 1993-03-11 1994-09-15 Fed Corporation Emitter tip structure and field emission device comprising same, and method of making same
EP0641008A4 (de) * 1993-03-11 1995-07-12 Sony Corp Verfahren zur Bildung eines fluoreszenten Films und Ubertragungsmaterial zur Bildung des fluoreszenten Films.
US5532177A (en) * 1993-07-07 1996-07-02 Micron Display Technology Method for forming electron emitters
DE69422234T2 (de) * 1993-07-16 2000-06-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanordnung
US5583393A (en) * 1994-03-24 1996-12-10 Fed Corporation Selectively shaped field emission electron beam source, and phosphor array for use therewith
US5608283A (en) * 1994-06-29 1997-03-04 Candescent Technologies Corporation Electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon
EP0706196B1 (de) * 1994-10-05 2000-03-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Elektronenemissionskathode; eine Elektronenemissionsvorrichtung, eine flache Anzeigevorrichtung, eine damit versehene thermoelektrische Kühlvorrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektronenemissionskathode
FR2726689B1 (fr) * 1994-11-08 1996-11-29 Commissariat Energie Atomique Source d'electrons a effet de champ et procede de fabrication de cette source, application aux dispositifs de visualisation par cathodoluminescence

Also Published As

Publication number Publication date
EP0802555B1 (de) 2002-07-24
EP0938122A2 (de) 1999-08-25
EP0802555A3 (de) 1998-05-27
DE69738805D1 (de) 2008-08-14
EP0938122B1 (de) 2004-08-04
EP0939418A2 (de) 1999-09-01
EP0802555A2 (de) 1997-10-22
DE69714123D1 (de) 2002-08-29
US5925891A (en) 1999-07-20
EP0938122A3 (de) 2000-12-13
EP0939418A3 (de) 2000-12-13
DE69714123T2 (de) 2002-11-07
DE69730143D1 (de) 2004-09-09
EP0939418B1 (de) 2008-07-02
KR980005140A (ko) 1998-03-30
KR100442982B1 (ko) 2004-09-18
US5897790A (en) 1999-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69730143T2 (de) Feldemissionselektronenquelle und sein Herstellungsverfahren
EP0078336B1 (de) Schattenwurfmaske für die Ionenimplantation und die Ionenstrahllithographie
DE19501387B4 (de) Verfahren zum Bilden einer im wesentlichen gleichmäßigen Anordnung scharfer Emitterspitzen
EP0019779B1 (de) Schattenwurfmaske zum Strukturieren von Oberflächenbereichen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2536363C3 (de) Dünnschicht-Feldelektronenemissionsquelle and Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3706127C2 (de)
DE2716992A1 (de) Feldemitteranordnung und verfahren zu deren herstellung
DE68918628T2 (de) Elektronen emittierende Vorrichtung und Elektronenstrahlerzeuger zur Anwendung derselben.
DE69203510T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kaltkathode in mikroskopischer Grösse.
DE69521386T2 (de) Herstellung eines Elektronenemitters mittels eines Abdruckverfahrens
DE69823441T2 (de) Elektronen emittierende Quelle
DE69025831T2 (de) Elektronemittierende Vorrichtung; Herstellungsverfahren Elektronemittierende Vorrichtung, Herstellungsverfahren derselben und Anzeigegerät und Elektronstrahl- Schreibvorrichtung, welche diese Vorrichtung verwendet.
EP0010596A1 (de) Verfahren zur Ausbildung von Maskenöffnungen bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen
EP0216954B1 (de) Verfahren zur Aluminium-Dotierung einer Halbleiteranordnung
DE69519344T2 (de) Unter Feldeffekt-Emission arbeitende Elektronen emittierende Vorrichtung und Herstellungsverfahren dazu
DE69422234T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanordnung
DE69309283T2 (de) Kaltkathoden
EP0041228B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektronenstrahlaustrittsfensters
DE10163346A1 (de) Resistloses Lithographieverfahren zur Herstellung feiner Strukturen
DE60224808T2 (de) Hintere feldemissionsplatte
DE69730333T2 (de) Herstellung von gittergesteuerter elektronen emittierende quelle mittels verteilte teilchen zur bestimmung der gitteröffnungen
DE19946182C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff Nanoröhren
DE69622445T2 (de) Herstellungsverfahren einer Feldemissionskaltkathode
DE69403940T2 (de) Feldemissionskathodenstruktur und Herstellungsverfahren
DE3219284C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP