EP0073031A2 - Field emission assembly and manufucturing process therefor - Google Patents

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EP0073031A2
EP0073031A2 EP82107613A EP82107613A EP0073031A2 EP 0073031 A2 EP0073031 A2 EP 0073031A2 EP 82107613 A EP82107613 A EP 82107613A EP 82107613 A EP82107613 A EP 82107613A EP 0073031 A2 EP0073031 A2 EP 0073031A2
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EP
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electrode
insulating layer
arrangement according
layer
edges
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    • 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
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for generating field emission on an element consisting of an electrically insulating plate, a first electrode, an insulating layer and a second electrode. It also relates to specific uses of such an arrangement and methods for its manufacture.
  • the invention is therefore based on the object of providing a simply constructed arrangement which can be used as a field emitter and with which gas discharges, in particular in plasma panels, can be ignited without delay.
  • the electrode 4 according to the invention consists preferably of a c a. 0.5 / ⁇ m thick aluminum layer. It is produced according to one of the methods described above in order to achieve island formation on the edges. In the case of photolithographic production, it can be structured in a simple manner in such a way that the total length of its edges, which face the electrode 2, is as large as possible. In the example according to FIG. 2, this is done through a window cutout 6.
  • the individual element can be very small, for example approx. 10 / um x 10 / um.
  • the field emission is measured with the aid of a secondary electron multiplier (Channeltron).
  • a secondary electron multiplier Channeltron
  • another is placed at a distance of approx. 50 / um from the electrode 4 with the aid of a spacer Electrode 7 attached, which is designed as a network.
  • the funnel 8 of a channeltron is located approximately 5 mm above the network 7.
  • the channeltron's gain is approximately 10 8 .
  • the arrangement is built into an evacuable housing and evacuated to approx. 10 mbar.
  • a voltage of +2.5 kV to +4.5 kV is applied in connection 9 of the channeltron and a voltage of +100 V to +200 V is applied to network 7.
  • the electrode 4 is at ground potential. If a voltage pulse of approximately 100 V is applied to the electrode 2, field emission occurs at the edges of the electrode 4. Part of the emitted electrons is accelerated by the suction network 7 to the channeltron and amplified there. After a delay time of approx. 25 ns (running time in the channeltron), the amplified signal can be measured at connection 10. The field emission occurs only in a period of approx. 100 ns and then breaks off again, even if the voltage at the electrode 2 is still present.
  • the threshold voltage for field emission in the example according to FIG. 4 is approximately 85 V. Because of this threshold, matrix control of many individual elements according to FIGS. 6a) and b) is possible.
  • the electrodes 2 form the rows, the electrodes 4 the columns of the matrix. They are separated from one another by the insulating layer 3. In the idle state, for example, all electrodes are at ground potential. If one now applies to one of the electrodes 2, for example -50 V and to one of the electrodes 4, for example + 50 V, the potential difference of 100 V lies at the crossing point of the two electrodes, which leads to field emission at this point if the islands are charged accordingly. The potential difference of 50 V is not exceeded anywhere else in the matrix, so that no field emission can occur there. The emission is detected in the arrangement described in FIG. 3.
  • FIG. 5 The structure of an electret store is shown in FIG. 5.
  • the memory is built up between two glass plates 1 and 1 '.
  • Parallel conductor tracks 2, 2 'and an insulating layer 3, 3' are applied to each of these plates.
  • a network is then produced in such a way that it forms the second electrode 4, 4 'with upstream islands and that the meshes of the network lie opposite the conductor tracks 2, 2'.
  • the insulating layers 3, 3 ' are charged (formed) with the aid of the liquid contact method and the
  • the glass is mounted with the aid of a spacer in such a way that the conductor tracks 2, 2 'applied to them run perpendicular to one another.
  • the gap is filled with neon + 0.1 argon and forms the gas discharge gap.
  • each crossing point of the conductor tracks 2, 2 ' ie in the meshes of the two networks 4, 4', there is a storage element in each case.
  • the network 4, 4 ' is connected to ground, the conductor tracks 2, 2' are driven earth-symmetrically to ignite the element located at the crossing point.
  • the full ignition voltage U Z is only at the crossing point of the first two electrodes 2, 2 '.
  • the voltage U L / 2 lies between the controlled first electrodes 2, 2 'and the associated network meshes 4, 4', so that field emission occurs at the network edges provided with islands. The electrons emitted thereby lead to instantaneous ignition of the gas discharge at the crossing point of the first electrodes 2, 2 '.

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Abstract

In a field emission assembly on an element which consists of an electrically insulating plate (1), a first electrode (2), an insulating layer (3) and a second electrode (4), small metallic islands (5) extend in front of the edges of the second electrode (4). The islands (5) preferably consist of the electrode material. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Feldemission an einem Element bestehend aus einer elektrisch isolierenden Platte, einer ersten Elektrode, einer Isolierschicht und einer zweiten Elektrode. Sie betrifft ferner spezielle Verwendungsmöglichkeiten einer solchen Anordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to an arrangement for generating field emission on an element consisting of an electrically insulating plate, a first electrode, an insulating layer and a second electrode. It also relates to specific uses of such an arrangement and methods for its manufacture.

Verfahren zur Erzeugung von Feldemission aus Metallen im Vakuum sind seit langem bekannt. Sie arbeiten meistens mit einer oder mehreren feinen Wolframspitzen und nützen das erhöhte elektrische Feld aus, das beim Anlegen einer Spannung zwischen den Spitzen und einer Gegenelektrode an den Spitzen entsteht. Zur Erzielung praktisch verwertbarer Emissionsströme sind an den Spitzen Feldstärken von mehr als 107V/cm erforderlich. Neuerdings werden solche Feldemitter auch auf photolithographischem Weg in Verbindung mit speziellen Aufdampfprozessen hergestellt (C.A. Spindt et al., J.Appl. Phys. 47,12 (1970) S. 5248). Anordnungen dieser Art werden meistens für die Verwendung als Kaltkathoden konzipiert, wo Dauerströme geliefert werden müssen. Sie sind jedoch auch für kurzzeitige Emissionen, z.B. zum Triggern von Gasentladungen geeignet. Anordnungen zur Ansteuerung diskreter Einzelemitter in einer Matrix sind bisher aber nicht bekanntgeworden. Ein anderes Verfahren zur Erzeugung von Feldemission verwendet Dünnfilm-MIM-Strukturen (Metall-Isolator-Metall). Unter Verwendung dieser Strukturen ist versucht worden, über eine Matrix ansteuerbare Emitter herzustellen (R.W. Lomax, J.G. Simmons, Radio and Electron., Mai 1968, S. 265). Dies ist jedoch aufgrund deren Kennlinie nur durch Vorschalten von Dioden möglich. Zudem ist die reproduzierbare Herstellbarkeit schwierig.Methods for generating field emissions from metals in a vacuum have long been known. They mostly work with one or more fine tungsten tips and take advantage of the increased electric field that arises when a voltage is applied between the tips and a counter electrode at the tips. To achieve practically usable emission currents, field strengths of more than 10 7 V / cm are required at the tips. Recently, such field emitters have also been produced photolithographically in connection with special vapor deposition processes (CA Spindt et al., J.Appl. Phys. 47.12 (1970) p . 5248). Arrangements of this kind are mostly used for Designed as cold cathodes, where continuous currents have to be delivered. However, they are also suitable for short-term emissions, eg for triggering gas discharges. However, arrangements for driving discrete individual emitters in a matrix have so far not become known. Another method of generating field emissions uses thin film MIM (metal insulator metal) structures. Using these structures, attempts have been made to produce emitters which can be controlled via a matrix (RW Lomax, JG Simmons, Radio and Electron., May 1968, p. 265). However, due to their characteristic curve, this is only possible by connecting diodes. In addition, the reproducible producibility is difficult.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Anordnung zu schaffen, die als Feldemitter verwendbar ist und mit der Gasentladungen, insbesondere in Plasma-Panels verzögerungsfrei gezündet werden können.The invention is therefore based on the object of providing a simply constructed arrangement which can be used as a field emitter and with which gas discharges, in particular in plasma panels, can be ignited without delay.

Es hat sich gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher Weise mit einer Anordnung der eingangs genannten Art lösen läßt, bei der den Kanten der zweiten Elektrode kleine metallische Inseln vorgelagert sind. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Patentansprüchen bis 5 beschrieben. Die Patentansprüche b bis 14 betreffen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung. Patentansprüche 15 bis 17 haben drei Verwendungsmöglichkeiten zum Gegenstand.It has been shown that this object can be achieved in a technically progressive manner with an arrangement of the type mentioned in the introduction, in which small metallic islands are arranged in front of the edges of the second electrode. Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention are described in the claims to 5. Claims b to 14 relate to methods for producing the arrangement according to the invention. Claims 15 to 17 have three uses.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann wie folgt hergestellt werden:

  • 1. Die Inseln an den Kanten der zweiten Elektrode ergeben sich zwangsläufig beim Aufdampfen der Elektrode durch eine Maske hindurch, die nicht völlig auf der Isolierschicht aufliegt. Der Abstand zwischen der Maske und der Isolierschicht sollte vorteilhafterweise 10 bis 50 µm betragen. Dies kann erzielt werden, wenn die Maske ohne anzudrücken locker auf die Isolierschicht aufgelegt wird. Durch diesen Spalt werden die Ränder der Aufdampfschicht nicht scharfkantig, weil die Aufdampfquelle, z.B. Schiffchen oder Wendel, nicht punktförmig ist. Die Schichtdicke fällt dort vielmehr stetig innerhalb einiger /um auf Null ab. Dünne Aufdampfschichten von z.B. kleiner als ca. 5 nm sind jedoch nicht mehr zusammenhängend, sondern besitzen Inselstruktur. Dies tritt auch an der stetig auslaufenden Aufdampfkante auf.
  • 2. Die Inseln können auf einfache Weise auch photolithographisch hergestellt werden. Dabei wird von einer an der Oberfläche leicht aufgerauhten Isolierschicht ausgegangen. Die rauhe Oberfläche der Isolierschicht kann z.B. erhalten werden, wenn die Isolierschicht aus Polytetrafluoräthylen besteht. Hierfür wird das Substrat mit der ersten Elektrode in eine wäßrige Polytetrafluoräthylen-Dispersion eingetaucht und anschließend bei 400 °C gesintert. Die Schichtdicke beträgt ca. 2 bis 5 /um.
    Bei Materialien, die glatte Beschichtungen ergeben, kann eine Mikrorauhigkeit der Oberfläche z.B. durch Ätzung erhalten werden. Bei einer Si02-Schicht kann die Ätzung mit Flußsäure durchgeführt werden. Die Oberflächenrauhtiefe sollte ca. 0,1 bis 0,5 /um betragen.
    Auf diese rauhe Oberfläche wird dann die zweite Elektrode in an sich bekannter Weise in einer Schichtdicke von ca. 0,1 bis 0,5 µm photolithographisch aufgebracht. Die aufgedampfte Metallschicht wird anschließend mit Photolack beschichtet, wobei die Photolackschicht etwas dicker als die Rauhigkeitstiefe der Isolierschicht ist, durch eine Photomaske hindurch belichtet und entwickelt. An den belichteten Stellen wird er unter Freilegung der Metallschicht entfernt. Anschließend wird die Metallschicht so lange geätzt, bis der verbliebene, nicht belichtete Photolack an den Rändern unterätzt wird, und zwar mit einer Eindringtiefe von mehr als 0,1 µm, vorzugsweise 0,5 bis 1 µm. Durch die Mikrorauhigkeit der Oberfläche der Isolierschicht erfolgt die Unterätzung nicht gleichmäßig, so daß kleine metallische, floatende Inseln entstehen.
The arrangement according to the invention can be produced as follows:
  • 1. The islands on the edges of the second electrode inevitably result when the electrode is vapor-deposited through a mask which is not completely resting on the insulating layer. The distance between the mask and the insulating layer should advantageously be 10 to 50 μm. This can be achieved if the mask is placed loosely on the insulating layer without pressing. The edges of the vapor deposition layer do not become sharp-edged through this gap, because the vapor deposition source, for example boat or helix, is not punctiform. The layer thickness turns out there rather steadily within a few / um to zero. Thin vapor deposition layers of, for example, less than approx. 5 nm are no longer connected, but have an island structure. This also occurs on the continuously evaporation edge.
  • 2. The islands can also be produced photolithographically in a simple manner. It is assumed that there is a slightly roughened insulating layer on the surface. The rough surface of the insulating layer can be obtained, for example, if the insulating layer consists of polytetrafluoroethylene. For this purpose, the substrate with the first electrode is immersed in an aqueous polytetrafluoroethylene dispersion and then sintered at 400 ° C. The layer thickness is approximately 2 to 5 / um.
    In the case of materials which produce smooth coatings, the surface can be microroughened, for example by etching. In the case of an SiO 2 layer, the etching can be carried out using hydrofluoric acid. The surface roughness should be approx. 0.1 to 0.5 / µm.
    The second electrode is then photolithographically applied to this rough surface in a manner known per se in a layer thickness of approximately 0.1 to 0.5 μm. The vapor-deposited metal layer is then coated with photoresist, the photoresist layer being somewhat thicker than the roughness depth of the insulating layer, exposed through a photomask and developed. It is removed from the exposed areas, exposing the metal layer. The metal layer is then etched until the remaining, unexposed photoresist is under-etched at the edges, with a penetration depth of more than 0.1 μm, preferably 0.5 to 1 μm. Due to the micro-roughness of the surface of the insulating layer, the undercut is not uniform, so that small metallic, floating islands are formed.

Die Erfindung wird anhand von beiliegenden, lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Vereinfachung

  • Figur 1 im Querschnitt den Aufbau eines Einzelelementes;
  • Figur 2 in Draufsicht ein Einzelelement;
  • Figur 3 eine Anordnung zur Messung der Feldemission bei einem erfindungsgemäßen Element;'
  • Figur 4a bis g) Feldemission an einem Element mit an den Kanten der zweiten Elektrode vorgelagerten Inseln;
  • Figur 5 Aufbau eines dynamischen Speichers in auseinandergezogener Darstellung und
  • Figur b eine mögliche Matrixausbildung aus vielen Einzelelementei Figur 1 zeigt ein Einzelelement der Anordnung, bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte 1, einer ersten Elektrode 2, einer Isolierschicht 3 und einer zweiten Elektrode 4. Legt man nun zwischen die Elektroden 2 und 4 eine Spannung an, wobei die Elektrode 4 negativ gepolt ist, so tritt an den Kanten der Elektrode 4 bei genügend hoher Spannung Feldemission auf, die auf die hohe Feldstärke an diesen Kanten zurückzuführen ist. Dieser Effekt ist bekannt. Weiter ist bekannt, daß aus Oberflächen von Metallen, die Oxid- oder Anlaufschichten bilden, wie z.B. Aluminium oder Magnesium, Feldemission bereits bei Feldstärken von ca. 105 V/cm auftritt. Es hat sich nun aber überraschenderweise gezeigt, daß die Feldemission besonders hoch ist, wenn den Kanten der Elektrode 4 kleine metallische Inseln 5 vorgelagert sind. Ohne diese Inseln muß die zwischen den Elektroden 2 und 4. anzulegende Spannung zwei- bis dreimal so groß sein wie bei vorhandenen Inseln, um eine meßbare Feldemission zu erreichen.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings, which only illustrate one embodiment. They show a schematic simplification
  • Figure 1 in cross section the structure of a single element;
  • Figure 2 is a plan view of a single element;
  • FIG. 3 shows an arrangement for measuring the field emission in an element according to the invention; '
  • Figure 4a to g) field emission on an element with islands in front of the edges of the second electrode;
  • Figure 5 structure of a dynamic memory in an exploded view and
  • Figure b shows a possible matrix formation from many individual elements FIG. 1 shows a single element of the arrangement, consisting of an insulating carrier plate 1, a first electrode 2, an insulating layer 3 and a second electrode 4. If a voltage is now applied between the electrodes 2 and 4, the electrode 4 having a negative polarity, field emission occurs at the edges of the electrode 4 at a sufficiently high voltage, which is due to the high field strength at these edges. This effect is well known. It is also known that from surfaces of metals that form oxide or tarnish layers, such as aluminum or magnesium, field emission already occurs at field strengths of approximately 10 5 V / cm. Surprisingly, it has now been found that the field emission is particularly high when small metallic islands 5 are arranged in front of the edges of the electrode 4. Without these islands, the voltage to be applied between electrodes 2 and 4 must be two to three times as large as that of existing islands in order to achieve a measurable field emission.

Die Elektrode 4 besteht erfindungsgemäß vorzugsweise aus einer ca. 0,5 /um dicken Aluminiumschicht. Sie wird nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt, um an den Kanten die Inselbildung zu erzielen. Bei photolithographischer Herstellung kann sie auf einfache Weise so strukturiert werden, daß die Gesamtlänge ihrer Kanten, die der Elektrode 2 gegenüberstehen, möglichst groß wird. Im Beispiel nach Figur 2 geschieht dies durch einen Fensterausschnitt 6. Das Einzelelement kann sehr klein sein, z.B. ca. 10 /um x 10 /um.The electrode 4 according to the invention consists preferably of a c a. 0.5 / µm thick aluminum layer. It is produced according to one of the methods described above in order to achieve island formation on the edges. In the case of photolithographic production, it can be structured in a simple manner in such a way that the total length of its edges, which face the electrode 2, is as large as possible. In the example according to FIG. 2, this is done through a window cutout 6. The individual element can be very small, for example approx. 10 / um x 10 / um.

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Anordnung wird mit Hilfe eines Sekundärelektronen-Vervielfachers (Channeltron) die Feldemission gemessen. Hierfür wird im Abstand von ca. 50 /um zur Elektrode 4 mit Hilfe eines Abstandhalters eine weitere Elektrode 7 angebracht, die als Netz ausgebildet ist. Schließlich befindet sich ca. 5 mm über dem Netz 7 der Trichter 8 eines Channeltrons. Die Verstärkung des Channeltrons beträgt ca. 108. Die Anordnung wird in ein evakuierbares Gehäuse eingebaut und auf ca. 10 mbar evakuiert.According to the arrangement shown in FIG. 3, the field emission is measured with the aid of a secondary electron multiplier (Channeltron). For this purpose, another is placed at a distance of approx. 50 / um from the electrode 4 with the aid of a spacer Electrode 7 attached, which is designed as a network. Finally, the funnel 8 of a channeltron is located approximately 5 mm above the network 7. The channeltron's gain is approximately 10 8 . The arrangement is built into an evacuable housing and evacuated to approx. 10 mbar.

Im Anschluß 9 des Channeltrons wird eine Spannung von +2,5 kV bis +4,5 kV und an das Netz 7 wird eine Spannung von +100 V bis +200 V angelegt. Die Elektrode 4 liegt an Erdpotential. Wird an die Elektrode 2 ein Spannungsimpuls von ca. 100 V angelegt, so tritt an den Kanten der Elektrode 4 Feldemission auf. Ein Teil der emittierten Elektronen wird durch das Saugnetz 7 zum Channeltron hin beschleunigt und dort verstärkt. Nach einer Verzögerungszeit von ca. 25 ns (Laufzeit im Channeltron) ist am Anschluß 10 das verstärkte Signal meßbar. Die Feldemission erfolgt nur in einem Zeitraum von ca. 100 ns und bricht dann wieder ab, auch wenn die Spannung an der Elektrode 2 weiterhin anliegt. Soll erneut Feldemission erfolgen, so muß die Polarität der Spannung an der Elektrode 2 umgekehrt werden, wodurch wieder eine Emission von ca. 100 ns Dauer erfolgt usw. Dieser Effekt ist mit dem Ladungszustand an den Kanten der Elektrode 4 vorgelagerten Inseln erklärbar. Die Inseln werden während der Emission gegenüber den Kanten je nach Vorzeichen des Potentials an der Elektrode 2 entweder positiv oder negativ aufgeladen. Diese Ladungszustände bleiben auch nach Abschalten der Spannung zwischen den Elektroden 2 und 4 erhalten. Die Feldemission an einem solchen Element wird in den Figuren 4a) bis 4g) gezeigt, in denen jeweils eine Einzelzelle im Schnitt dargestellt ist.A voltage of +2.5 kV to +4.5 kV is applied in connection 9 of the channeltron and a voltage of +100 V to +200 V is applied to network 7. The electrode 4 is at ground potential. If a voltage pulse of approximately 100 V is applied to the electrode 2, field emission occurs at the edges of the electrode 4. Part of the emitted electrons is accelerated by the suction network 7 to the channeltron and amplified there. After a delay time of approx. 25 ns (running time in the channeltron), the amplified signal can be measured at connection 10. The field emission occurs only in a period of approx. 100 ns and then breaks off again, even if the voltage at the electrode 2 is still present. If field emission is to occur again, the polarity of the voltage at electrode 2 must be reversed, which again results in an emission of approximately 100 ns, etc. This effect can be explained by the state of charge on the edges of electrodes 4 upstream. The islands are charged positively or negatively with respect to the edges, depending on the sign of the potential at the electrode 2, during the emission. These charge states are retained even after the voltage between electrodes 2 and 4 has been switched off. The field emission on such an element is shown in FIGS. 4a) to 4g), in each of which an individual cell is shown in section.

Die Inseln 5 bilden mit der Elektrode 2 die Kapazität C1 und mit der geerdeten zweiten Elektrode 4 die Kapazität C2 (Fig.4a). Der Einfachheit halber ist angenommen worden, daß C1 = C2 ist. Legt man an die Elektrode 2 die Spannung -U an (z.B. -150 V), so liegt die Insel 5 auf -U/2 (Fig. 4b). Wegen des kleinen Abstands zur Kante der zweiten Elektrode 4 entsteht aber zu dieser hin eine hohe Feldstärke. Dadurch kommt es zur Elektronenemission von den Inseln 5 zur Kante hin, wobei das Potential der Inseln 5 um den Betrag ΔU positiver wird (Fig. 4 c).The islands 5 form with the electrode 2 the capacitance C 1 and with the grounded second electrode 4, the capacitance C 2 (Fig.4a). For the sake of simplicity, it has been assumed that C 1 = C 2 . If the voltage -U is applied to the electrode 2 (for example -150 V), the island 5 is at -U / 2 (FIG. 4b). Because of the small distance to the edge of the second electrode 4, however, a high field strength arises towards the latter. This leads to electron emission from the islands 5 to the edge, the potential of the islands 5 becoming more positive by the amount ΔU (FIG. 4 c).

Die Emission hört auf, wenn

  • - entweder die Potentialdifferenz -U/2 + ΔU so klein wird, daß keine weitere Feldemission stattfindet
  • - oder bei Verwendung von Aluminium als Elektrodenmaterial die auf der Oxidhaut vorhandenen, besetzten Oberflächenzustände (die eine genügend kleine Austrittsarbeit besitzen) geleert worden sind.
The emission stops when
  • - either the potential difference -U / 2 + ΔU becomes so small that no further field emission takes place
  • - Or when aluminum is used as the electrode material, the occupied surface states on the oxide skin (which have a sufficiently small work function) have been emptied.

Nach Abschalten der Spannung -U bleiben positiv geladene Inseln 5 zurück (Fig. 4d). Bei erneutem Anlegen der Spannung -U erfolgt keine Emission mehr.After switching off the voltage -U, positively charged islands 5 remain (FIG. 4d). When the voltage -U is reapplied, there is no longer any emission.

Nun wird an die erste Elektrode 2 die Spannung +U angelegt (Fig. 4e). Dadurch werden die Inseln 5 auf das Potential +U/2 + ΔU angehoben, so daß jetzt die Feldemission von der Elektrodenkante zu den Inseln 5 hin stattfinden kann. Dadurch wird das Potential der Inseln 5 kleiner (Fig. 4f), und die Emission bricht bei einer Potentialdifferenz +U/2 -ΔU' wieder ab. Nach Abschalten von +U bleiben jetzt die Inseln 5 negativ geladen (Fig. 4g).Now the voltage + U is applied to the first electrode 2 (FIG. 4e). As a result, the islands 5 are raised to the potential + U / 2 + ΔU, so that the field emission can now take place from the electrode edge to the islands 5. As a result, the potential of the islands 5 becomes smaller (FIG. 4f) and the emission breaks off again at a potential difference + U / 2 -ΔU '. After switching off + U, the islands 5 now remain negatively charged (FIG. 4g).

Wird nun an die erste Elektrode 2 erneut die Spannung -U angelegt, so kann der dargestellte Zyklus von neuem beginnen.If the voltage -U is now again applied to the first electrode 2 the cycle shown can begin again.

Die Schwellspannung für Feldemission im Beispiel gemäß Fig. 4 liegt bei ca. 85 V. Wegen dieser Schwelle ist eine Matrixansteuerung vieler Einzelelemente nach Figur 6a) und b) möglich. Die Elektroden 2 bilden die Zeilen, die Elektroden 4 die Spalten der Matrix. Sie sind durch die Isolierschicht 3 voneinander getrennt. Im Ruhezustand liegen z.B. alle Elektroden an Erdpotential. Legt man nun an eine der Elektroden 2 z.B. -50 V und an eine der Elektroden 4 z.B. +50 V an, so liegt am Kreuzungspunkt der beiden Elektroden die Potentialdifferenz von 100 V, die bei entsprechendem Ladungszustand der Inseln an dieser Stelle zur Feldemission führt. An den anderen Stellen der Matrix wird nirgendwo die Potentialdifferenz von 50 V überschritten, so daß dort keine Feldemission auftreten kann. Der Nachweis der Emission erfolgt in der in Fig. 3 beschriebenen Anordnung.The threshold voltage for field emission in the example according to FIG. 4 is approximately 85 V. Because of this threshold, matrix control of many individual elements according to FIGS. 6a) and b) is possible. The electrodes 2 form the rows, the electrodes 4 the columns of the matrix. They are separated from one another by the insulating layer 3. In the idle state, for example, all electrodes are at ground potential. If one now applies to one of the electrodes 2, for example -50 V and to one of the electrodes 4, for example + 50 V, the potential difference of 100 V lies at the crossing point of the two electrodes, which leads to field emission at this point if the islands are charged accordingly. The potential difference of 50 V is not exceeded anywhere else in the matrix, so that no field emission can occur there. The emission is detected in the arrangement described in FIG. 3.

Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen in der Verwendung zum Triggern von Gasentladungen, z.8. in Plasma-Panels oder zum verzugsfreien Einleiten von Gasentladungen im Elektretspeicher, der in der DE-OS 26 27 249 beschrieben ist.Other possible uses are in the use for triggering gas discharges, e.g. 8. in plasma panels or for the delay-free introduction of gas discharges in the electret store, which is described in DE-OS 26 27 249.

Der Aufbau eines Elektretspeichers wird in Figur 5 gezeigt. Der Speicher wird zwischen zwei Glasplättchen 1 und 1' aufgebaut. Auf jedes dieser Plättchen werden parallele Leiterbahnen 2, 2' und darauf eine Isolierschicht 3, 3' aufgebracht. Darauf wird dann ein netz derart hergestellt, daß es die zweite Elektrode 4, 4' mit vorgelagerten Inseln bildet und daß die Maschen des Netzes den Leiterbahnen 2, 2' gegenüberliegen. Zum Schluß werden die Isolierschichten 3, 3' mit Hilfe des Flüssig-Kontakt-Verfahrens aufgeladen (formiert) und die Gläschen mit Hilfe eines Abstandhalters derart montiert, daß die auf ihnen aufgebrachten Leiterbahnen 2, 2' senkrecht zueinander verlaufen. Der Zwischenraum wird mit Neon + 0,1 Argon gefüllt und bildet die Gasentladungsstrecke. An jedem Kreuzungspunkt der Leiterbahnen 2, 2', d.h. in den Maschen der beiden Netze 4, 4' liegt jeweils ein Speicherelement. Das Netz 4, 4' liegt auf Masse, die Leiterbahnen 2, 2' werden zur Zündung des am Kreuzungspunkt liegenden Elementes erdsymmetrisch angesteuert. Nur am Kreuzungspunkt der beiden ersten Elektroden 2, 2' liegt die volle Zündspannung UZ. Gleichzeitig liegt zwischen den angesteuerten ersten Elektroden 2, 2' und den zugehörigen Netzmaschen 4, 4' die Spannung UL/2, so daß an den mit Inseln versehenen Netzkanten eine Feldemission auftritt. Die dabei emittierten Elektronen fuhren zur verzögerungsfreien Zündung der Gasentladung am Kreuzungspunkt der ersten Elektroden 2, 2'.The structure of an electret store is shown in FIG. 5. The memory is built up between two glass plates 1 and 1 '. Parallel conductor tracks 2, 2 'and an insulating layer 3, 3' are applied to each of these plates. Then a network is then produced in such a way that it forms the second electrode 4, 4 'with upstream islands and that the meshes of the network lie opposite the conductor tracks 2, 2'. Finally, the insulating layers 3, 3 'are charged (formed) with the aid of the liquid contact method and the The glass is mounted with the aid of a spacer in such a way that the conductor tracks 2, 2 'applied to them run perpendicular to one another. The gap is filled with neon + 0.1 argon and forms the gas discharge gap. At each crossing point of the conductor tracks 2, 2 ', ie in the meshes of the two networks 4, 4', there is a storage element in each case. The network 4, 4 'is connected to ground, the conductor tracks 2, 2' are driven earth-symmetrically to ignite the element located at the crossing point. The full ignition voltage U Z is only at the crossing point of the first two electrodes 2, 2 '. At the same time, the voltage U L / 2 lies between the controlled first electrodes 2, 2 'and the associated network meshes 4, 4', so that field emission occurs at the network edges provided with islands. The electrons emitted thereby lead to instantaneous ignition of the gas discharge at the crossing point of the first electrodes 2, 2 '.

Claims (17)

1. Anordnung zur Erzeugung von Feldemission an einem Element, bestehend aus einer elektrisch isolierenden Platte, einer ersten Elektrode, einer Isolierschicht und einer zweiten Elektrode, dadurch gekennseichnet, daß den Kanten der zweiten Elektrode (4) kleine metallische Inseln (5) vorgelagert sind.1. Arrangement for generating field emission on an element consisting of an electrically insulating plate, a first electrode, an insulating layer and a second electrode, characterized in that the edges of the second electrode (4) are preceded by small metallic islands (5). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inseln (5) aus dem Elektrodenmaterial bestehen.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the islands (5) consist of the electrode material. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,4) mehrerer Elemente die Zeilen und Spalten einer Matrix bilden und durch die Isolierschicht (3) voneinander getrennt sind.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes (2,4) of several elements form the rows and columns of a matrix and are separated from one another by the insulating layer (3). 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der zweiten Elektrode (4) durch beliebige Strukturierung verlängert sind.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the edges of the second electrode (4) are extended by any structuring. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (4) mit einem Fensterausschnitt (6) versehen ist und die Inseln (5) entlang der Kanten des Fensterausschnitts vorgelagert sind.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the second electrode (4) is provided with a window cutout (6) and the islands (5) are upstream along the edges of the window cutout. 6. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer elektrisch isolierenden Platte in an sich bekannter Weise die erste Elektrode und darauf die Isolierschicht aufgebracht werden und daß anschließend eine der Form der zweiten Elektrode entsprechende Maske so auf die Isolierschicht gelegt wird, daß ein geringer Spalt zwischen der Maske und der Isolierschicht vorhanden ist und die zweite Elektrode durch Aufdampfen aus einer nicht punktförmigen Quelle erhalten wird, wobei unmittelbar unterhalb der Kanten der Maske durch die abnehmende Dicke der Elektrodenschicht metallische Inseln entstehen.6. A method for producing the arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first electrode and then the insulating layer are applied to an electrically insulating plate in a manner known per se and that then a mask corresponding to the shape of the second electrode is placed on the insulating layer so that there is a small gap between the mask and the insulating layer and the second electrode is obtained by vapor deposition from a non-punctiform source, metallic islands being formed immediately below the edges of the mask due to the decreasing thickness of the electrode layer. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der Maske und der Isolierschicht ca. 10 bis 50 µm beträgt.7. The method according to claim 6, characterized in that the gap between the mask and the insulating layer is approximately 10 to 50 microns. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der Maske und der Isolierschicht erhalten wird, indem die Maske ohne anzudrücken locker auf die Isolierschicht aufgelegt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the gap between the mask and the insulating layer is obtained by loosely placing the mask on the insulating layer without pressing. 9. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer elektrisch isolierenden Platte in an sich bekannter Weise die erste Elektrode und darauf die Isolierschicht aufgebracht werden, wobei die Oberfläche der Isolierschicht leicht aufgerauht ist und daß auf die Isolierschicht die zweite Elektrode in an sich bekannter Weise photolithographisch aufgebracht wird und daß die nach der Entfernung des belichteten Photolacks freigelegte Elektrodenschicht so lange geätzt wird, daß der am Rand verbliebene, nicht entfernte Photolack unterätzt wird, wobei durch die Rauhigkeit der Oberfläche der Isolierschicht an den Kanten der Elektracicnsrhicht metallische Inseln entstehen.9. A method for producing the arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first electrode and then the insulating layer are applied to an electrically insulating plate in a manner known per se, the surface of the insulating layer is slightly roughened and that the second electrode is applied photolithographically to the insulating layer in a manner known per se and that the electrode layer exposed after the removal of the exposed photoresist is etched so long that the photoresist remaining on the edge and not removed is under-etched, whereby by the Roughness of the surface of the insulating layer at the edges of the electrical layer produces metallic islands. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflàchenrauhtiefe der Isolierschicht 0,1 bis 0,5 /um betragt.10. The method according to claim 9, characterized in that the surface roughness of the insulating layer is 0.1 to 0.5 / um. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiete der Unterätzung unter der Photolackschicht mehr als 0,1 /um, vorzugsweise 0,5 bis 1 /um beträgt.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the penetration of the undercut under the photoresist layer is more than 0.1 / µm, preferably 0.5 to 1 / µm. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallschicht, welche die zweite Elektrode bildet, 0,1 bis 0,5 um und die Dicke der photolackschicht 1 /um beträgt.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the thickness of the metal layer which forms the second electrode is 0.1 to 0.5 µm and the thickness of the photoresist layer is 1 / µm. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche der Isolierschicht durch geeignete Materialauswahl, z.B. Polytetrafluoräthylen, erzielt wird.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the rough surface of the insulating layer by suitable material selection, e.g. Polytetrafluoroethylene, is achieved. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche der Isolierschicht durch Ätzung erhalten wird.14. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the rough surface of the insulating layer is obtained by etching. 15. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Digitalspeicher mit löschendem Lesen.15. Use of the arrangement according to one of claims 1 to 5 as a digital memory with erasing reading. 16. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum verzugsfreien Auslösen von Gasentladungen in Plasma-Panels.16. Use of the arrangement according to one of claims 1 to 5 for the delay-free triggering of gas discharges in plasma panels. 17. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum verzugsfreien Auslösen von Gasentladungen im Elektretspeicher.17. Use of the arrangement according to one of claims 1 to 5 for the delay-free triggering of gas discharges in the electret store.
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