JPH0494528A - Manufacture of field-emission electron source using electron beam, and selective growth using electron beam - Google Patents
Manufacture of field-emission electron source using electron beam, and selective growth using electron beamInfo
- Publication number
- JPH0494528A JPH0494528A JP21260590A JP21260590A JPH0494528A JP H0494528 A JPH0494528 A JP H0494528A JP 21260590 A JP21260590 A JP 21260590A JP 21260590 A JP21260590 A JP 21260590A JP H0494528 A JPH0494528 A JP H0494528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- rod
- tip
- semiconductor
- electron
- 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.)
- Granted
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims description 56
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 7
- 238000003877 atomic layer epitaxy Methods 0.000 description 5
- -1 cesium compound Chemical class 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000005642 Aharonov-Bohm effect Effects 0.000 description 1
- KOPBYBDAPCDYFK-UHFFFAOYSA-N caesium oxide Chemical compound [O-2].[Cs+].[Cs+] KOPBYBDAPCDYFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001942 caesium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野〕
本発明は、電子ビームを用いた電界放射電子源の製造方
法および電子ビームを用いた選択成長方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a field emission electron source using an electron beam and a selective growth method using an electron beam.
本発明は、電子ビームを用いた電界放射電子源の製造方
法において、尖った先端部を有するロッド状の半導体を
負または小さい正の電子親和力を有する原子を含むガス
状の原料雰囲気にさらすことによりロッド状の半導体の
表面に原料分子を吸着させ、ロッド状の半導体の先端部
の表面に吸着した原料分子に電子ビームを選択的に照射
することにより負または小さい正の電子親和力を有する
原子を含む物質層を先端部の表面に形成するようにする
ことによって、低電圧で電子の電界放射が可能な電界放
射電子源を製造することができるようにしたものである
。The present invention is a method for manufacturing a field emission electron source using an electron beam, in which a rod-shaped semiconductor having a sharp tip is exposed to a gaseous raw material atmosphere containing atoms having negative or small positive electron affinity. By adsorbing raw material molecules on the surface of a rod-shaped semiconductor and selectively irradiating the raw material molecules adsorbed on the surface of the tip of the rod-shaped semiconductor with an electron beam, atoms with negative or small positive electron affinity are included. By forming a material layer on the surface of the tip, a field emission electron source capable of field emission of electrons at low voltage can be manufactured.
また、本発明は、電子ビームを用いた選択成長方法にお
いて、少なくとも一方向から見て陰となる部分を有する
基体をガス状の原料雰囲気にさらすことにより基体の表
面に原料分子を吸着させ、基体に電子ビームをその電子
の投影飛程が少なくとも電子ビームの入射方向の基体の
厚さよりも大きいエネルギーで選択的に照射することに
より基体の表面に原料分子の構成原子を含む物質層を選
択的に形成するようにすることによって、電子ビームの
入射方向から見て陰となる部分を含む基体の表面に極微
細の物質層をマスクレスで選択成長させることができる
ようにしたものである。Further, in a selective growth method using an electron beam, the present invention exposes a substrate having a shaded portion when viewed from at least one direction to a gaseous raw material atmosphere to cause raw material molecules to be adsorbed onto the surface of the substrate. By selectively irradiating an electron beam with an energy whose projected range is at least greater than the thickness of the substrate in the direction of incidence of the electron beam, the material layer containing the constituent atoms of the raw material molecules is selectively irradiated on the surface of the substrate. By forming such a layer, it is possible to selectively grow an extremely fine material layer without a mask on the surface of the substrate including a portion that is a shadow when viewed from the incident direction of the electron beam.
近年、マイクロバキュームエレクトロニクスの分野にお
いて、主としてシリコンを用いた電界放射電子源の製造
が試みられている。In recent years, in the field of microvacuum electronics, attempts have been made to manufacture field emission electron sources mainly using silicon.
一方、従来、微細領域に選択成長を行う方法としては例
えば第１０図に示すようなものがある。On the other hand, as a conventional method for performing selective growth in a fine region, there is a method as shown in FIG. 10, for example.
この方法によれば、第１０図に示すように、例えば半導
体基板１０１上に開口１０２ａを有するマスク１０２を
形成した後、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
により例えば半導体の成長を行う。これによって、開口
１０２ａの部分の半導体基板１０１上に半導体層１０３
が選択成長する。According to this method, as shown in FIG. 10, for example, a mask 102 having an opening 102a is formed on a semiconductor substrate 101, and then, for example, a semiconductor is grown by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). As a result, the semiconductor layer 103 is formed on the semiconductor substrate 101 in the opening 102a.
The choice is to grow.
この第１０図に示す従来の選択成長方法はマスク１０２
を用いるものであるが、マスクレスで選択成長を行う方
法としては、第１１図に示すように、原料ガス雰囲気中
で半導体基板１０１上にレーザービーム１０４を選択的
に照射することにより、この照射部の半導体基板１０１
上に半導体層１０３を選択成長させる原子層エピタキシ
ー（ＡＬＥ）が試みられている。The conventional selective growth method shown in FIG.
However, as shown in FIG. 11, a maskless selective growth method involves selectively irradiating the semiconductor substrate 101 with a laser beam 104 in a source gas atmosphere. semiconductor substrate 101
Atomic layer epitaxy (ALE), in which a semiconductor layer 103 is selectively grown thereon, has been attempted.
（発明が解決しようとする課題〕
上述の従来の電界放射電子源は、実際に電子を電界放射
させるためには１０〜１０２Ｖの高い電圧を印加する必
要があり、その電流−電圧特性は好ましいものではなか
った。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional field emission electron source described above, it is necessary to apply a high voltage of 10 to 102 V in order to actually emit electrons in a field, and its current-voltage characteristics are favorable. It wasn't.
一方、上述の従来のＡＬＥでは、光の波長程度の分解能
しか得られないことから極微細のパターンを形成するこ
とは困難であるばかりでなく、次のような決定的な問題
がある。すなわち、第１２図に示すように、例えば半導
体基板１０１が宙に浮いた部分１０１ａを有する場合、
原料ガス雰囲気中でレーザービーム１０４を同図に示す
ように照射すると、このレーザービーム１０４の入射方
向から見て陰となるロンド状の部分１０１ａの裏側には
半導体層１０３を成長させることはできなかった。On the other hand, with the above-mentioned conventional ALE, it is not only difficult to form extremely fine patterns because it can only obtain a resolution on the order of the wavelength of light, but also has the following critical problem. That is, as shown in FIG. 12, for example, when the semiconductor substrate 101 has a floating portion 101a,
When the laser beam 104 is irradiated in the raw material gas atmosphere as shown in the figure, the semiconductor layer 103 cannot be grown on the back side of the rond-shaped portion 101a that is in the shadow when viewed from the direction of incidence of the laser beam 104. Ta.
従って本発明の目的は、低電圧で電子の電界放射が可能
な電界放射電子源を製造することができる電子ビームを
用いた電界放射電子源の製造方法を提供することにある
。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field emission electron source using an electron beam, which can manufacture a field emission electron source capable of field emission of electrons at a low voltage.
本発明の他の目的は、電子ビームの入射方向から見て陰
となる部分を含む基体の表面に極微細の物質層をマスク
レスで選択成長させることができる電子ビームを用いた
選択成長方法を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a selective growth method using an electron beam that can selectively grow an ultrafine material layer without a mask on the surface of a substrate including a portion that is in the shadow when viewed from the direction of incidence of the electron beam. It is about providing.
（課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、第１の発明は、電子ビーム
を用いた電界放射電子源の製造方法において、尖った先
端部（１）を有するロンド状の半導体（１）を負または
小さい正の電子親和力を有する原子を含むガス状の原料
雰囲気にさら丁ことによりロンド状の半導体（１）の表
面に原料分子を吸着させ、ロンド状の半導体（１）の先
端部（１ａ）の表面に吸着した原料分子に電子ビーム（
３）を選択的に照射することにより負または小さい正の
電子親和力を有する原子を含む物質層（４）を先端部（
１ａ）の表面に形成するようにしている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a first invention provides a method for manufacturing a field emission electron source using an electron beam, in which a rond-shaped semiconductor having a sharp tip (1) is provided. By exposing (1) to a gaseous raw material atmosphere containing atoms with negative or small positive electron affinity, the raw material molecules are adsorbed onto the surface of the rondo-shaped semiconductor (1). An electron beam (
3) by selectively irradiating the material layer (4) containing atoms with negative or small positive electron affinity at the tip (
1a).
また、第２の発明は、電子ビームを用いた選択成長方法
において、少なくとも一方向から見て陰となる部分を有
する基体（１１）をガス状の原料を含む雰囲気にさらす
ことにより基体（１１）の表面に原料分子を吸着させ、
基体（１１）に電子ビーム（１３）をその電子の投影飛
程が少なくとも電子ビーム（１３）の入射方向の基体（
１１）の厚さよりも大きいエネルギーで選択的に照射す
ることにより基体（１１）の表面に原料分子の構成原子
を含む物質層（１４）を選択的に形成するようにしてい
る。Further, the second invention is a selective growth method using an electron beam, in which the substrate (11) having a portion that becomes a shadow when viewed from at least one direction is exposed to an atmosphere containing a gaseous raw material. Adsorb raw material molecules onto the surface of
An electron beam (13) is applied to a substrate (11) such that the projected range of the electrons is at least in the direction of incidence of the electron beam (13).
By selectively irradiating with energy greater than the thickness of the substrate (11), a material layer (14) containing constituent atoms of the raw material molecules is selectively formed on the surface of the substrate (11).
上述のように構成された第１の発明によれば、ロッド状
の半導体（１）の先端部（１ａ）が尖っていることによ
る電界集中の効果に加え、このロッド状の半導体（１）
の先端部（ｌａ）の表面に形成された負または小さい正
の電子親和力を有する原子を含む物質層（４）の効果に
より、このロッド状の半導体（１）の先端部（１ａ）か
らの電子の電界放射が極めて容易となり、従って電子の
電界放射を行わせるために電界放射電子源に印加する電
圧を低くすることができる。これによって、低電圧で電
子の電界放射が可能な電界放射電子源を製造することが
できる。According to the first invention configured as described above, in addition to the effect of electric field concentration due to the sharp tip (1a) of the rod-shaped semiconductor (1), the rod-shaped semiconductor (1)
Due to the effect of the material layer (4) containing atoms with negative or small positive electron affinity formed on the surface of the tip (la) of the rod-shaped semiconductor (1), electrons from the tip (1a) of the rod-shaped semiconductor (1) are The field emission of electrons becomes extremely easy, and therefore the voltage applied to the field emission electron source can be lowered to cause the field emission of electrons. Thereby, a field emission electron source capable of field emission of electrons at low voltage can be manufactured.
また、上述のように構成された第２の発明によれば、ロ
ッド状の半導体（１１）を通り抜けて電子が電子ビーム
（１３）の入射方向から見て陰となる部分のロッド状の
半導体（１１）の表面に吸着した原料分子にも照射され
るので、この陰となる部分にも物質層（１４）を成長さ
せることができる。また、電子ビーム（１３）のビーム
径は極めて小さくすることができるので、極微細の物質
層（１４）を形成することができる。これによって、電
子ビームの入射方向から見て陰となる部分を含む基体の
表面に極微細の物質層をマスクレスで選択成長させるこ
とができる。Further, according to the second invention configured as described above, electrons pass through the rod-shaped semiconductor (11) and the rod-shaped semiconductor ( Since the raw material molecules adsorbed on the surface of 11) are also irradiated, the material layer (14) can be grown even in this shaded area. Furthermore, since the beam diameter of the electron beam (13) can be made extremely small, an extremely fine material layer (14) can be formed. As a result, an ultrafine material layer can be selectively grown without a mask on the surface of the base including a portion that is in the shadow when viewed from the incident direction of the electron beam.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図Ａ〜第１図Ｅは本発明の第１実施例による電界放
射電子源の製造方法を示す。1A to 1E illustrate a method of manufacturing a field emission electron source according to a first embodiment of the present invention.
二の第１実施例においては、第１図Ａに示すように、ま
ず例えば先端部１ａがピラミッド状の尖った形状を有す
る四角柱状の例えばＧａＡｓからなる半導体ロッド１を
形成する。この半導体ロッド１ａの斜視図を第２図に示
す。このような構造の半導体ロッド１は、例えば本願出
願人が特願平２−１７３００３号において提案した方法
により形成することができる。具体的には、まず端面が
平坦な四角柱状の半導体ロッドを形成した後、例えばＭ
ＯＣＶＤ法により例えばＧａＡｓの成長を行う。この場
合、この半導体ロッドの平坦な端面にＧａＡｓがピラミ
ッド状の形状に成長し、その頂点が形成された時点で成
長が自動的に停止する。これによって、第１図Ａおよび
第２図に示すような半導体ロッド１が形成される。In the second embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a semiconductor rod 1 made of GaAs, for example, is formed in the shape of a quadrangular prism and has a pointed tip 1a, for example, in the shape of a pyramid. A perspective view of this semiconductor rod 1a is shown in FIG. The semiconductor rod 1 having such a structure can be formed, for example, by the method proposed by the applicant in Japanese Patent Application No. 2-173003. Specifically, first, a quadrangular prism-shaped semiconductor rod with a flat end face is formed, and then, for example, M
For example, GaAs is grown using the OCVD method. In this case, GaAs grows in the shape of a pyramid on the flat end face of the semiconductor rod, and growth automatically stops when the apex is formed. As a result, a semiconductor rod 1 as shown in FIGS. 1A and 2 is formed.
次に、真空排気された成長室内に半導体ロッドｌを入れ
、例えば第３図Ａおよび第３図Ｂに示すタイムチャート
に従って、この成長室内に例えば負の電子親和力を有す
るセシウムを含む原料ガスを供給するとともに、半導体
ロッド１の先端部１ａにｔ子ビームヲ照射する。この場
合、セシウムを含む原料としては、低蒸気圧のセシウム
化合物、例えばＣｓＸを用いる。ここで、Ｘ；よそれ自
体蒸気圧が高いものが好ましく、具体的には例えばＣＨ
。Next, the semiconductor rod l is placed in the evacuated growth chamber, and a source gas containing, for example, cesium having a negative electron affinity is supplied into the growth chamber according to the time charts shown in FIGS. 3A and 3B, for example. At the same time, the tip portion 1a of the semiconductor rod 1 is irradiated with a t-beam. In this case, a low vapor pressure cesium compound such as CsX is used as the raw material containing cesium. Here, X; preferably has a high vapor pressure itself, specifically, for example, CH
.
やＣ２Ｈ５である。and C2H5.
成長室内に原料ガスとしてのセシウム化合物が供給され
ることにより、第１図Ｂに示すように、この原料ガス雰
囲気にさらされた半導体ロッド１ノ表面にセシウム化合
物分子が吸着してセシウム化合物分子層２が形成される
。By supplying a cesium compound as a raw material gas into the growth chamber, as shown in FIG. 2 is formed.
次に、第１図Ｃに示すように、半導体ロッド１の先端部
１ａに、この先端部１ａを電子が通り抜けることができ
るエネルギーで電子ビーム３を照射する。この電子ビー
ム３の照射によりこの照射部のセシウム化合物分子層２
が分解し、第１図りに示すように、この照射部にセシウ
ム層４が形成される。この電子ビーム３の照射時には、
半導体ロッドｌの先端部１ａを電子が通り抜けるため、
この電子ビーム３の入射方向から見て陰となる先端部１
ａの裏側の部分にもセシウム層４が形成される。これに
よって、半導体ロッドｌの先端部１ａの全表面にセシウ
ム層４を形成することができる。なお、電子ビーム３に
より照射されなかった部分のセシウム化合物分子層２は
半導体ロッド１の表面から脱離する。Next, as shown in FIG. 1C, the tip 1a of the semiconductor rod 1 is irradiated with an electron beam 3 with an energy that allows electrons to pass through the tip 1a. By irradiating this electron beam 3, the cesium compound molecular layer 2 in this irradiated area is
decomposes, and as shown in the first diagram, a cesium layer 4 is formed in this irradiated area. When irradiating this electron beam 3,
Since electrons pass through the tip 1a of the semiconductor rod l,
The tip portion 1 is in the shadow when viewed from the incident direction of the electron beam 3.
A cesium layer 4 is also formed on the back side of a. Thereby, the cesium layer 4 can be formed on the entire surface of the tip portion 1a of the semiconductor rod 1. Note that the portion of the cesium compound molecular layer 2 that is not irradiated with the electron beam 3 is detached from the surface of the semiconductor rod 1.
以上のような原料ガスの供給および半導体ロッド１の先
端部１ａへの電子ビーム２の照射を必要な回数だけ交互
に繰り返し行い、第１図已に示すように、半導体ロッド
１の先端部１ａの表面に所望の厚さのセシウム層４を形
成する。By alternately repeating the supply of the raw material gas and the irradiation of the electron beam 2 onto the tip 1a of the semiconductor rod 1 as many times as necessary, as shown in FIG. A cesium layer 4 of a desired thickness is formed on the surface.
第４図はこの半導体ロッド１の先端部１ａの表面にセシ
ウム層４を形成したもののエネルギーバンドを示す。第
４図より、負の電子親和力を有するセシウムの効果によ
り、低電界で半導体ロッド１から電子を電界放射させる
ことができることがわかる。FIG. 4 shows the energy band of this semiconductor rod 1 with a cesium layer 4 formed on the surface of the tip 1a. From FIG. 4, it can be seen that electrons can be emitted from the semiconductor rod 1 in a low electric field due to the effect of cesium having negative electron affinity.
以上のように、この第１実施例によれば、半導体ロッド
１の尖った先端部１ａの表面に負の電子親和力を有する
セシウム層４を形成しているので、従来に比べて極めて
低い電圧で電子を電界放射させることができる。そして
、従来の電界放射電子源の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ、）特
性は第６図に示すようなものであったのに対し、この第
１実施例による電界放射電子源のＩ−Ｖ特性は第５図に
示すようにほぼオーミック的な特性となり、扱いやすい
ものとなる。また、この第１実施例による電界放射電子
源は上述のように低電圧動作が可能であることから、電
界放射電子源の低消費電力化を図ることができる。As described above, according to the first embodiment, since the cesium layer 4 having a negative electron affinity is formed on the surface of the pointed tip 1a of the semiconductor rod 1, a voltage that is extremely low compared to the conventional one is required. Electrons can be emitted in an electric field. The current (I)-voltage (V,) characteristics of the conventional field emission electron source were as shown in FIG. 6, whereas the I-V characteristics of the field emission electron source according to the first embodiment The characteristics are almost ohmic as shown in FIG. 5, and are easy to handle. Further, since the field emission electron source according to the first embodiment is capable of low voltage operation as described above, it is possible to reduce the power consumption of the field emission electron source.
この第１実施例による電界放射電子源は、例えば本願出
願人が先に特願平２−１７３００３号において提案した
室温動作可能なマイクロ真空管構造のアハラノフ−ボー
ム（Ａｈａｒｏｎｏｖ−Ｂｏｈｍ）効果トランジスタ（
ＡＢ効果トランジスタ）の電子源として好適に用いるこ
とができる。この場合には、電子源に印加する電圧を低
くすることができることから、その分だけ電子の運動エ
ネルギーを低（することができ、これによって電子の位
相干渉効果をより顕在化させることができる。The field emission electron source according to the first embodiment is based on, for example, the Aharonov-Bohm effect transistor (Aharonov-Bohm) having a micro-vacuum tube structure capable of operating at room temperature, which was previously proposed by the applicant in Japanese Patent Application No. 2-173003.
It can be suitably used as an electron source for AB effect transistors. In this case, since the voltage applied to the electron source can be lowered, the kinetic energy of the electrons can be reduced by that much, thereby making the phase interference effect of the electrons more pronounced.
次に、本発明の第２実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
この第２実施例においては、第７図Ａに示すように、ま
ず例えば円柱状の半導体コツト１１を形成する。In this second embodiment, as shown in FIG. 7A, first, for example, a cylindrical semiconductor chip 11 is formed.
次に、真空排気された成長室内にこの半導体口７ド１１
を入れ、例えば第８図Ａ、第８図Ｂ及び第８図Ｃに示す
タイムチャートに従って、この成長室内に原料ガスとし
て例えばトリメチルガリウム（Ｇａ （Ｃ）ｌ ：ｌ）
：ｌ 、 Ｔ Ｍ Ｇ ）およびアルシン（八ｓＨ，
）を交互に供給するとともに、半導体ロッド１１の所定
部分に電子ビーム１３を照射する。この場合、この電子
ビーム１３のエネルギーは、電子の投影飛程が少なくと
もこの電子ビーム１３の入射方向の半導体ロッド１１の
厚さよりも大きくなるようなエネルギーとする。より具
体的には、この電子ビーム１３のエネルギーは、電子の
飛程がこの半導体ロッド１１の厚さの例えば２〜３倍程
度となるようなエネルギーに選ばれる。数値例を挙げる
と、この電子ビーム３のエネルギーは、例えば電子と一
ム１３０入射方向の半導体ロッド１１の厚さが１０００
人程度７あるときには数ｋｅＶ程度であり、−船釣には
数ｋｅＶ〜数１０ｋｅＶの範囲内である。Next, this semiconductor opening 7 and 11 are placed in the evacuated growth chamber.
For example, trimethylgallium (Ga(C)l:l) is added as a raw material gas into this growth chamber according to the time charts shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C.
:l, TMG) and arsine (8sH,
) are alternately supplied, and a predetermined portion of the semiconductor rod 11 is irradiated with an electron beam 13. In this case, the energy of the electron beam 13 is such that the projected range of the electrons is at least greater than the thickness of the semiconductor rod 11 in the direction of incidence of the electron beam 13. More specifically, the energy of the electron beam 13 is selected such that the range of the electrons is, for example, about 2 to 3 times the thickness of the semiconductor rod 11. To give a numerical example, the energy of this electron beam 3 is, for example, when the thickness of the semiconductor rod 11 in the direction of incidence of the electrons 130 is 1000 mm.
When there are about 7 people, the voltage is about several keV, and for boat fishing, it is within the range of several keV to several tens of keV.
成長室内にまずＴＭＧが供給されることにより、第７図
Ｂに示すように、このＴＭＧ雰囲気にさらされた半導体
ロッド１１の表面に７Ｍ０分子が吸着してＴＭＧ分子層
１２が形成される。このＴＭＧ分子層１２の所定部分に
は、直ちに電子ビーム１３が照射されて分解される。次
に、成長室内にアルシンが供給されることにより、半導
体ロッド１１の表面にアルシン分子が吸着してアルシン
分子層（図示せず）が形成される。そして、このアルシ
ン分子層にも直ちに電子ビーム１３が照射されて分解さ
れる。これによって、この半導体ロッド１１の表面の所
定部分にＧａＡｓ１ｉ Ｉ ４が形成される。なお、こ
の場合、■族元素であるＧａの原料としてのＴＭＧの供
給およびＶ族元素であるＡｓの原料としてのアルシンの
供給を分けて行っているので、１サイクルでは７Ｍ０分
子およびアルシン分子は高々一分子層しか吸着しない。By first supplying TMG into the growth chamber, as shown in FIG. 7B, 7M0 molecules are adsorbed to the surface of the semiconductor rod 11 exposed to this TMG atmosphere, forming a TMG molecular layer 12. A predetermined portion of this TMG molecular layer 12 is immediately irradiated with an electron beam 13 and decomposed. Next, by supplying arsine into the growth chamber, arsine molecules are adsorbed onto the surface of the semiconductor rod 11 to form an arsine molecular layer (not shown). Then, this arsine molecular layer is also immediately irradiated with the electron beam 13 and decomposed. As a result, GaAs1i I4 is formed on a predetermined portion of the surface of this semiconductor rod 11. In this case, since the supply of TMG as a raw material for Ga, which is a group I element, and the supply of arsine as a raw material for As, a group V element, are carried out separately, 7M0 molecules and arsine molecules are at most produced in one cycle. Only one molecular layer is adsorbed.
このため、電子ビーム１３の照射量が場所により不均一
であっても、ＧａＡｓ層１４は場所によらず均一に形成
される。Therefore, even if the irradiation amount of the electron beam 13 is uneven depending on the location, the GaAs layer 14 is formed uniformly regardless of the location.
また、上述のように電子ビーム１３のエネルギーは電子
の飛程がこの電子ビーム１３の入射方向の半導体ロッド
１の厚さの例えば２〜３倍になるように選ばれているこ
とから、電子はこの半導体ロッド１内で多重散乱された
後にこの半導体ロッド１を通り抜ける。このため、この
電子ビーム１３０入射方向から見て陰となる半導体ロッ
ド１１の裏側の部分の表面にもＧａＡｓ層１４が形成さ
れる。Furthermore, as mentioned above, the energy of the electron beam 13 is selected so that the range of the electron is, for example, 2 to 3 times the thickness of the semiconductor rod 1 in the direction of incidence of the electron beam 13. After being multiple scattered within this semiconductor rod 1, it passes through this semiconductor rod 1. Therefore, the GaAs layer 14 is also formed on the surface of the back side of the semiconductor rod 11 which is in the shadow when viewed from the direction of incidence of the electron beam 130.
すなわち、この場合には、半導体ロッド１１の軸から見
て全方位の外周面上にＧａＡｓ層４が形成される。That is, in this case, the GaAs layer 4 is formed on the outer peripheral surface in all directions when viewed from the axis of the semiconductor rod 11.
以上のような原料ガスの供給および電子ビーム１３の照
射を必要な回数だけ繰り返し行い、第７図Ｅに示すよう
に、ＧａＡｓ層１４を所望の厚さとする。The supply of the raw material gas and the irradiation of the electron beam 13 as described above are repeated as many times as necessary to form the GaAs layer 14 to a desired thickness as shown in FIG. 7E.
以上のように、この第２実施例によれば、電子ビーム１
３の入射方向から見て陰となる部分を含めた半導体ロッ
ド１０表面にＧａＡｓ層 １４をマスクレスで選択成長
させることができる。しかも、電子ビーム１３のビーム
径は例えば１００人程７もしくはそれ以下の寸法にに絞
ることができるので、例えば数百人程度もしくはそれ以
下の寸法の極微細のＧａＡｓ１ｉ ｌ ４を選択成長さ
せることができる。As described above, according to this second embodiment, the electron beam 1
The GaAs layer 14 can be selectively grown without a mask on the surface of the semiconductor rod 10, including the portion that is in the shadow when viewed from the direction of incidence of the semiconductor rod 3. Furthermore, since the beam diameter of the electron beam 13 can be narrowed down to, for example, about 100 nanometers or less, it is possible to selectively grow ultrafine GaAs 1i l 4 with dimensions of, for example, several hundred nanometers or less. can.
また、電子ビーム１３を用いていることから、この電子
ビーム１３の照射により半導体ロッド１１に生じる損傷
は軽微である。Furthermore, since the electron beam 13 is used, the damage caused to the semiconductor rod 11 by the irradiation with the electron beam 13 is slight.
この第２実施例による選択成長方法は、例えば極微細の
三次元立体構造を有するデバイスの製造に適用して好適
なものである。The selective growth method according to the second embodiment is suitable for application to, for example, manufacturing a device having an extremely fine three-dimensional structure.
以上、本発明の一実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述の第２実施例において、原料ガスの供給お
よび電子ビームの照射のタイムチャートは第８図に示す
ものに限定されるものではなく、例えば第９図Ａ、第９
図Ｂおよび第９図Ｃに示すようなタイムチャートに従っ
て原料ガスの供給および電子ビームの照射を行うことも
可能である。For example, in the second embodiment described above, the time charts for supplying the source gas and irradiating the electron beam are not limited to those shown in FIG.
It is also possible to supply the raw material gas and irradiate the electron beam according to the time charts shown in FIG. B and FIG. 9C.
さらに、電子ビームの照射は第９図りまたは第９図Ｅに
示すタイムチャートに従って行うことも可能である。な
お、ＧａＡｓ層のような■−Ｖ族化合物半導体の成長を
行う場合には、原料の供給を行った後に電子ビームの照
射を行うことにより化合物半導体層を形成することが可
能であるが、例えばシリコンのような■族の半導体の成
長を行う場合には、原料ガスの供給と電子ビームの照射
とを交互に行う必要がある。Further, the electron beam irradiation can also be performed according to the time chart shown in Figure 9 or Figure 9E. Note that when growing a ■-V group compound semiconductor such as a GaAs layer, it is possible to form a compound semiconductor layer by irradiating an electron beam after supplying raw materials. When growing a semiconductor of group (1) such as silicon, it is necessary to alternately supply a source gas and irradiate an electron beam.
また、上述の第１実施例においては、半導体ロッド１の
先端部１ａの表面にセシウム層４を形成しているが、こ
のセシウム層４の代わりに例えば酸化セシウム（ＣｓＯ
）層を形成しても同様な効果を得ることが可能である。Further, in the first embodiment described above, the cesium layer 4 is formed on the surface of the tip portion 1a of the semiconductor rod 1, but instead of this cesium layer 4, for example, cesium oxide (CsO
) It is possible to obtain the same effect by forming a layer.
さらに、その他の負の電子親和力を有する原子または小
さい正の電子親和力を有する原子を含む物質層を半導体
ロッド１の先端部１ａの表面に形成することことによっ
ても同様な効果を得ることが可能である。Furthermore, the same effect can be obtained by forming a material layer containing other atoms having negative electron affinity or atoms having small positive electron affinity on the surface of the tip portion 1a of the semiconductor rod 1. be.
また、上述の第２実施例においては、半導体ロッド１１
の所定部分にＧａＡｓ層１４を形成する場合について説
明したが、ＧａＡｓ層以外の各種の物質層を形成する場
合にも本発明を通用することが可能であることは言うま
でもない。Further, in the second embodiment described above, the semiconductor rod 11
Although the case where the GaAs layer 14 is formed in a predetermined portion of the substrate has been described, it goes without saying that the present invention can also be applied to cases where various material layers other than the GaAs layer are formed.
以上説明したように、第１の発明によれば、負または小
さい正の電子親和力を有する原子を含む物質層をロッド
状の半導体の先端部に形成するようにしているので、低
電圧で電子の電界放射が可能な電界放射電子源を製造す
ることができる。As explained above, according to the first invention, a material layer containing atoms having negative or small positive electron affinity is formed at the tip of the rod-shaped semiconductor, so that electrons can be released at low voltage. A field emission electron source capable of field emission can be manufactured.
また、第２の発明によれば、電子ビームの入射方向から
見て陰となる部分を含めた基体の表面に極微細の物質層
をマスクレスで選択成長させることができる。Further, according to the second aspect of the present invention, it is possible to selectively grow a very fine material layer on the surface of the substrate including the portion that is in the shadow when viewed from the direction of incidence of the electron beam without using a mask.
第１図Ａ〜第１図Ｅは本発明の第１実施例による電界放
射電子源の製造方法を説明するための断面図、第２図は
本発明の第１実施例において用いる半導体ロッドの斜視
図、第３図は成長室内への原料ガスの供給および半導体
ロッドの先端部への電子ビームの照射のタイムチャート
、第４図は先端部の表面にセシウム層が形成された半導
体ロッドのエネルギーバンド図、第５図は本発明の第１
実施例による電界放射電子源のＩ−Ｖ特性の一例を示す
グラフ、第６図は従来の電界放射電子源の１−Ｖ特性の
一例を示すグラフ、第７図Ａ〜第７図Ｅは本発明の第２
実施例による選択成長方法を説明するための斜視図、第
８図は成長室内への原料ガスの供給および半導体ロッド
への電子ビームの照射のタイムチャート、第９図は本発
明の第２実施例における成長室内への原料ガスの供給お
よび半導体ロッドへの電子ビームの照射の他の例を示す
タイムチャート、第１０図は従来の選択成長方法を説明
するための断面図、第１２図は従来のＡＬＥ法による選
択成長方法を説明するための断面図、第１３図は従来の
ＡＬＥ法の問題点を説明するための断面図である。
１．１１：半導体ロッド、 ２：セシウム化合物層、
３，１３：電子ビーム、 ４：セシウム層、１４ ：
ＧａＡｓ１ｉ。1A to 1E are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a field emission electron source according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor rod used in the first embodiment of the present invention. Figure 3 is a time chart of the supply of raw material gas into the growth chamber and the irradiation of the electron beam to the tip of the semiconductor rod, and Figure 4 is the energy band of the semiconductor rod with a cesium layer formed on the surface of the tip. Figure 5 shows the first embodiment of the present invention.
A graph showing an example of the IV characteristic of the field emission electron source according to the embodiment, FIG. 6 is a graph showing an example of the 1-V characteristic of the conventional field emission electron source, and FIG. 7A to FIG. Second invention
A perspective view for explaining the selective growth method according to the embodiment, FIG. 8 is a time chart of supply of raw material gas into the growth chamber and irradiation of the electron beam to the semiconductor rod, and FIG. 9 is a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the conventional selective growth method, and FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the selective growth method using the ALE method. FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the problems of the conventional ALE method. 1.11: Semiconductor rod, 2: Cesium compound layer,
3, 13: Electron beam, 4: Cesium layer, 14:
GaAs1i.
Claims (2)
は小さい正の電子親和力を有する原子を含むガス状の原
料雰囲気にさらすことにより上記ロッド状の半導体の表
面に上記原料分子を吸着させ、上記ロッド状の半導体の
上記先端部の表面に吸着した上記原料分子に電子ビーム
を選択的に照射することにより上記負または小さい正の
電子親和力を有する原子を含む物質層を上記先端部の表
面に形成するようにしたことを特徴とする電子ビームを
用いた電界放射電子源の製造方法。(1) adsorbing the raw material molecules onto the surface of the rod-shaped semiconductor by exposing a rod-shaped semiconductor having a sharp tip to a gaseous raw material atmosphere containing atoms having negative or small positive electron affinity; By selectively irradiating the raw material molecules adsorbed on the surface of the tip of the rod-shaped semiconductor with an electron beam, a material layer containing atoms having the negative or small positive electron affinity is formed on the surface of the tip. 1. A method for manufacturing a field emission electron source using an electron beam, characterized in that:
基体をガス状の原料雰囲気にさらすことにより上記基体
の表面に上記原料分子を吸着させ、上記基体に電子ビー
ムをその電子の投影飛程が少なくとも上記電子ビームの
入射方向の上記基体の厚さよりも大きいエネルギーで選
択的に照射することにより上記基体の表面に上記原料分
子の構成原子を含む物質層を選択的に形成するようにし
たことを特徴とする電子ビームを用いた選択成長方法。(2) The source material molecules are adsorbed onto the surface of the substrate by exposing a substrate having a shadowed portion when viewed from at least one direction to a gaseous source atmosphere, and an electron beam is directed onto the substrate over the projected range of the electrons. is selectively irradiated with an energy greater than at least the thickness of the substrate in the direction of incidence of the electron beam, thereby selectively forming a layer of material containing constituent atoms of the raw material molecules on the surface of the substrate. A selective growth method using an electron beam characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02212605A JP3092150B2 (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Method for manufacturing field emission electron source using electron beam and selective growth method using electron beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02212605A JP3092150B2 (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Method for manufacturing field emission electron source using electron beam and selective growth method using electron beam |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494528A true JPH0494528A (en) | 1992-03-26 |
| JP3092150B2 JP3092150B2 (en) | 2000-09-25 |
Family
ID=16625461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02212605A Expired - Fee Related JP3092150B2 (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Method for manufacturing field emission electron source using electron beam and selective growth method using electron beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3092150B2 (en) |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP02212605A patent/JP3092150B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3092150B2 (en) | 2000-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8267734B2 (en) | Gate controlled field emission triode and process for fabricating the same | |
| US7446474B2 (en) | Hetero-junction electron emitter with Group III nitride and activated alkali halide | |
| US6794666B2 (en) | Electron emission lithography apparatus and method using a selectively grown carbon nanotube | |
| JPH0666307B2 (en) | Plasma equipment | |
| Iwasaki et al. | Nanolithography on SiO2/Si with a scanning tunnelling microscope | |
| JP4792625B2 (en) | Method for manufacturing electron-emitting device and electronic device | |
| US6184611B1 (en) | Electron-emitting element | |
| US5811819A (en) | Electron beam source and its manufacturing method and electron beam source apparatus and electron beam apparatus using the same | |
| JP3092150B2 (en) | Method for manufacturing field emission electron source using electron beam and selective growth method using electron beam | |
| JPS62222633A (en) | Manufacture of semiconductor element | |
| US3351503A (en) | Production of p-nu junctions by diffusion | |
| Gamo | Focused ion beam technology | |
| JPH05238880A (en) | Method for epitaxial growth | |
| JP2500443B2 (en) | Compound semiconductor dry etching method | |
| JP2002015658A (en) | Electric field emission type cold cathode device and its manufacturing method, as well as vacuum microdevice | |
| JP2000508110A (en) | Method of changing work function using ion implantation | |
| JPH0728079B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor laser | |
| EP0416626A2 (en) | Electron emitting semiconductor device | |
| JP3205966B2 (en) | Light emitting thin film and method for manufacturing | |
| JPH0628256B2 (en) | Semiconductor fine processing method and semiconductor fine embedded structure forming method | |
| Harriott | In-situ nanostructure fabrication using finely focused ion beams | |
| JPH02156628A (en) | Formation of pattern | |
| Fursey | The Use of Field Emission Cathodes in Electron Optical Systems: Emission Localization to Small Solid Angles | |
| Koshida | Electronic and Acoustic Applications of Anodized Nano-Crystalline Silicon | |
| JPH06204133A (en) | Manufacture of semiconductor crystal substrate and semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |