JPH05502545A - Electronic devices with field emission devices - Google Patents

Electronic devices with field emission devices

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JPH05502545A
JPH05502545A JP51696191A JP51696191A JPH05502545A JP H05502545 A JPH05502545 A JP H05502545A JP 51696191 A JP51696191 A JP 51696191A JP 51696191 A JP51696191 A JP 51696191A JP H05502545 A JPH05502545 A JP H05502545A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 単結晶シリコン層を使用した電界放出装置技術分野 この発明は、一般的には、冷陰極電界放出装fit(cotd−cathode  field emission devices)に関し、かつより詳細には 支持基板層の面取外の面上に形成された冷陰極電界放出装置に関する。[Detailed description of the invention] Field emission device technology using single crystal silicon layer This invention generally relates to cold cathode field emission devices. field emission devices) and more specifically The present invention relates to a cold cathode field emission device formed on a non-chamfered surface of a support substrate layer.

発明の背景 冷陰極電界放出装置(FED)が技術上知られている。Background of the invention Cold field emission devices (FEDs) are known in the art.

そのような冷陰極電界放出装置は電子を放射する目的で小さな曲率半径の幾何学 的な不連続部分を有するエミッタ電極を使用する。Such cold cathode field emission devices use a geometry with a small radius of curvature for the purpose of emitting electrons. Emitter electrodes with discrete discontinuities are used.

従来技術はFEDは数多くの好ましい方法によって形成されることを教示してい る。従来技術によって教示される1つのそのような方法はエミッタ電極か支持基 板材料の表面上に配設され、一方別の方法は支持基板材料から直接エミッタ電極 を形成するために選択的な半導体プロセスを使用する。The prior art teaches that FEDs can be formed by a number of preferred methods. Ru. One such method taught by the prior art is to use emitter electrodes or support substrates. The emitter electrode is disposed on the surface of the plate material, while another method is to directly remove the emitter electrode from the supporting substrate material. using selective semiconductor processes to form the .

FEDの最適な利用に対する多くの障害事項はこれらおよび他の従来技術の方法 に関連している。そのような1つの障害は放出の制御または制限がFED構造内 で容易に実施できないことである。さらに、従来技術の方法では、単結晶シリコ ントランジスタ装置は一般にFEDが配置される構造内の基板材料に形成するこ とに制限されている。Many obstacles to optimal utilization of FEDs are associated with these and other prior art methods. related to. One such obstacle is that the control or restriction of release is within the FED structure. This is something that cannot be easily implemented. Furthermore, prior art methods Transistor devices are typically formed in the substrate material within the structure in which the FED is placed. and is limited to.

従って、放出電流制限機構を容易に導入できかつ前記基板材料以外の位置に単結 晶シリコントランジスタの形成を可能にするFED形成方法の必要性が存在する 。Therefore, the emission current limiting mechanism can be easily introduced and can be connected in a single position other than the substrate material. There is a need for a FED formation method that allows for the formation of crystalline silicon transistors. .

発明の概要 これらの必要性および他のものは実質的にここに開示されたFED形成方法によ って満たされる。電界放出装置が提供され、該装置は基板、該基板の一面の少な くとも一部上に配設された絶縁層、該絶縁層の一面の少なくとも一部上に配設さ れた単結晶シリコン層、および該単結晶シリコン層の一面の少なくとも一部に配 設されたエミッタを具備する。Summary of the invention These needs and others are substantially addressed by the FED formation method disclosed herein. I'm satisfied. A field emission device is provided, the device comprising a substrate, a small portion of one side of the substrate. an insulating layer disposed on at least a portion of the insulating layer; a single-crystal silicon layer disposed on at least a portion of one surface of the single-crystal silicon layer; with an emitter installed.

1つの実施例においては、上に説明したように、エミッタ電極(単数または複数 )は単結晶シリコン層の一面上に配設される。In one embodiment, the emitter electrode(s) are as described above. ) is disposed on one surface of the single crystal silicon layer.

本発明の他の実施例においては、ゲート電極(単数または複数)が単結晶シリコ ン層の選択的な不純物ドーピングにより形成される。In other embodiments of the invention, the gate electrode(s) is made of single crystal silicon. It is formed by selectively doping the impurity layer.

さらに別の実施例においては、単結晶シリコン層の一面上に導電性ゲート材料が 配設される。In yet another embodiment, a conductive gate material is provided on one side of the single crystal silicon layer. will be placed.

本発明のさらに別の実施例においては、単結晶シリコン層が選択的にパターニン グされてFEDの放出を制限する。In yet another embodiment of the invention, the single crystal silicon layer is selectively patterned. is used to limit FED emissions.

さらに別の実施例においては、単結晶シリコン層が選択的に不純物によってドー ピングされる。In yet another embodiment, the single crystal silicon layer is selectively doped with impurities. pinged.

本発明のさらに別の実施例においては、トランジスタ装置(単数または複数)が 単結晶シリコン層(単数または複数)に形成される。In yet another embodiment of the invention, the transistor device(s) Formed in single crystal silicon layer(s).

図面の簡単な説明 第1A図から第1L図までは、本発明の第1の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。Brief description of the drawing From FIG. 1A to FIG. 1L, each step of manufacturing the first embodiment of the present invention is shown. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第2A図から第2G図までは、本発明の第2の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。2A to 2G show each step of manufacturing the second embodiment of the present invention. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第3A図から第3D図までは、本発明の第3の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。3A to 3D illustrate each step of manufacturing the third embodiment of the present invention. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第4A図から第4B図までは、本発明の第4の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。From FIG. 4A to FIG. 4B, each step of manufacturing the fourth embodiment of the present invention is shown. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第5A図から第5D図までは、本発明の第5の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。5A to 5D illustrate each step of manufacturing the fifth embodiment of the present invention. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第6図は、本発明の第6の実施例を形成する構造側面図である。FIG. 6 is a side view of a structure forming a sixth embodiment of the invention.

第7A図から第7D図までは、単結晶シリコン層を形成する第2の方法から生ず る構造の一連の側面図である。Figures 7A through 7D result from the second method of forming a single crystal silicon layer. Figure 3 is a series of side views of the structure;

第8A図から第8B図までは、単結晶シリコン層を形成する第3の方法から生ず る構造の一連の側面図である。Figures 8A to 8B result from the third method of forming a single crystal silicon layer. Figure 3 is a series of side views of the structure;

第9A図から第9E図までは、本発明の第7の実施例を製作する各ステップから 生ずる構造の一連の側面図である。9A to 9E illustrate each step of manufacturing the seventh embodiment of the present invention. Figure 3 is a series of side views of the resulting structure;

第10図は、本発明の第8の実施例を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing an eighth embodiment of the present invention.

第11図は、本発明の第9の実施例を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing a ninth embodiment of the present invention.

第12図は、本発明の第10の実施例を示す側面図である。FIG. 12 is a side view showing a tenth embodiment of the present invention.

第13図は、本発明の第11の実施例を示す側面図である。FIG. 13 is a side view showing an eleventh embodiment of the present invention.

第14図は、本発明の第12の実施例を示す側面図である。FIG. 14 is a side view showing a twelfth embodiment of the present invention.

第15図は、単結晶シリコンの優先的にドープした層を用いた複数の電界放出装 置を示す頭部面図である。FIG. 15 shows multiple field emission devices using preferentially doped layers of single crystal silicon. FIG.

第16図は、単結晶シリコンの複数の選択的にドープした層を用いた複数の電界 放出装置の頭部面図である。Figure 16 shows multiple electric fields using multiple selectively doped layers of single crystal silicon. FIG. 3 is a top view of the ejection device.

第17図は、複数の電界放出装置の第1の実施例を示す側面図である。FIG. 17 is a side view showing a first embodiment of a plurality of field emission devices.

第18図は、複数の電界放出装置の第2の実施例を示す側面図である。FIG. 18 is a side view showing a second embodiment of a plurality of field emission devices.

好ましい実施例の詳細な説明 第1A図は、支持ベースを形成する基板(101)を示し、該支持ベース上に電 界放出装置が形成される。絶縁層(102)が該基板(101)の面上に熱的に 成長または被着される(第1B図)。これに続きマスク層(103)の被着が行 なわれる(第1C図)。マスク層(103)は選択的に露出され、現像され、か つパターン化されて下層にある絶縁層(102)の面を露出する開口を提供する (第1D図)。絶縁層のエツチングが行なわれてマスク層(103)のパターニ ングによって露出された絶縁層(102)の領域における該絶縁層(102)か ら絶縁材料を、下層の基板(101)の面の一部が露出されるようになるまで、 選択的に除去する(第1E図)。これに続きマスク層(103)の除去が行なわ れる(第1F図)。DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A shows a substrate (101) forming a support base, with an electric current on the support base. A field emitting device is formed. An insulating layer (102) is thermally insulated on the surface of the substrate (101). grown or deposited (Figure 1B). This is followed by the application of a mask layer (103). (Figure 1C). The mask layer (103) is selectively exposed, developed and patterned to provide an opening exposing a surface of the underlying insulating layer (102). (Figure 1D). The insulating layer is etched and the mask layer (103) is patterned. of the insulating layer (102) in the area of the insulating layer (102) exposed by the the insulating material until a part of the surface of the underlying substrate (101) is exposed. selectively removed (Figure 1E). This is followed by removal of the mask layer (103). (Figure 1F).

このようにして形成された構造は、シリコンを優先的に露出された基板(101 )上に容易に沈積させかつ引続きシリコンを優先的に沈積させて単結晶シリコン 層(IOCを形成するような環境に置かれる(第1G図)。そのような環境は典 型的には、部分的に、シラン(silane)またはディシラン(d i−s  i 1ane)ガスを含む。単結晶シリコン層は典型的にはこのようにして1マ イクロメータ(μm)のオーダの厚さまで成長される。単結晶シリコン層(10 4)の成長に続き、絶縁層(105)が単結晶シリコン層(104)の表面上に 熱酸化または適切な絶縁材料の被着によって配設される(第1H図)。次にマス ク層(106)が絶縁層(105)の面上に被着され(第1I図)かつ引続き露 出され、現像され、かつパターニングされる(第1J図)。マスク層(106) のパターニングは選択的に下層にある絶縁層(105)の表面領域を露出させる 。エツチング段階が行なわれて下層にある単結晶層(104)の面が選択的に部 分的に露出される程度まで絶縁層(105)が除去される(第1K図)。その後 、エミッタ(107)が単結晶シリコン層(104)の露出された面上に技術上 よく知られた方法により形成される(第1L図)。The structure thus formed consists of a substrate with silicon preferentially exposed (101 ) on which silicon can be deposited easily and then preferentially deposited on single-crystal silicon. layer (IOC) (Figure 1G). Such an environment is typically Typical, in part, silane or di-s i1ane) Contains gas. A monocrystalline silicon layer is typically It is grown to a thickness on the order of micrometers (μm). Single crystal silicon layer (10 Following the growth of step 4), an insulating layer (105) is formed on the surface of the single crystal silicon layer (104). It is provided by thermal oxidation or by deposition of a suitable insulating material (FIG. 1H). Next mass A protective layer (106) is deposited on the surface of the insulating layer (105) (FIG. 1I) and subsequently exposed. exposed, developed and patterned (Figure 1J). Mask layer (106) The patterning selectively exposes surface areas of the underlying insulating layer (105). . An etching step is performed to selectively modify the planes of the underlying single crystal layer (104). The insulating layer (105) is removed to the extent that portions are exposed (FIG. 1K). after that , the emitter (107) is technically placed on the exposed surface of the monocrystalline silicon layer (104). It is formed by well known methods (Figure 1L).

この結果FEDが形成され、その場合エミッタ電極は基板(101)よりはむし ろ単結晶シリコン層(104)上に存在する。単結晶シリコン層(104)は単 結晶シリコン層(104)が介在する絶縁層(102)を貫通する領域において 単結晶シリコン層(104)の選択的な局部工) ツチングまたは選択的な局部 酸化を行なうことにより基板(101)から完全に電気的に絶縁することができ る。This results in the formation of an FED, in which the emitter electrode is further away from the substrate (101). It is present on the single crystal silicon layer (104). The single crystal silicon layer (104) is In the region where the crystalline silicon layer (104) penetrates the intervening insulating layer (102) Selective local processing of single crystal silicon layer (104) Tsuching or selective local processing By performing oxidation, it is possible to completely electrically insulate from the substrate (101). Ru.

第2A図から第2G図まではFEDの第2の実施例を実現するための一連のステ ップを示す。第2A図においては、基板(201)が示されている。基板(20 1)の面の下に位置する絶縁層(202)が結果として生ずるに充分なエネルギ を有するイオン(204)の基板(201)への注入が行なわれる(第2B図) 。この注入の結果絶縁層(202)の面上に配設されかつ基板(201)から電 気的に絶縁された単結晶シリコン層(203)が生ずる。この注入プロセスは単 結晶シリコン層(203)に対し格子欠陥を生ずる結果となり、これは単結晶シ リコン層(203)をアニーリングして単結晶シリコン層(203)におけるよ り低い欠陥密度を生出すようにすることにより修復される(第2C図)。その後 、FEDが第2D図か第2G図に示されるようにかつ第1H図から第1L図を参 照して前に述べたように形成される。しかしながら、この実施例においては、単 結晶シリコン層(203)は選択的局部エツチングまたは選択的局部酸化の必要 性なしに基板(201)から実効的に完全に絶縁されている。″本発明の第3の 実施例は第1A図から第1H図に関して上に述べたステップを繰返すことにより 実現される。この実現過程は絶縁層(105)の面上にゲート電極(306)を 被着することによって継続される(第3A図)。これに続きマスキング層C30 7)がゲート電極(306)の面上に形成される(第3B図)。マスク層(30 7)が次に露出され、現像され、かつパターニングされ、そしてエツチング段階 が行なわれて下層にある単結晶シリコン層(104)の面の一部を選択的に露出 するためにゲート電極(306)材料および絶縁層(105)材料が除去される (第3C図)。その後、エミッタ(308)が技術上よく知られた方法を用いて 単結晶シリコン層(104)の露出された面上に形成される。2A to 2G are a series of steps for realizing the second embodiment of the FED. shows the top. In Figure 2A, a substrate (201) is shown. Substrate (20 The insulating layer (202) located below the plane of 1) Implantation of ions (204) having . As a result of this implantation, an electric current is disposed on the surface of the insulating layer (202) and from the substrate (201). A gastically insulated monocrystalline silicon layer (203) results. This injection process is simple. This results in lattice defects in the crystalline silicon layer (203), which By annealing the silicon layer (203), it is similar to that of the single crystal silicon layer (203). It is repaired by producing a lower defect density (Figure 2C). after that , FED as shown in Figures 2D or 2G and see Figures 1H to 1L. and is formed as described above. However, in this example, a simple The crystalline silicon layer (203) requires selective local etching or selective local oxidation. It is effectively completely insulated from the substrate (201) without any physical properties. ``Third aspect of the present invention Examples can be obtained by repeating the steps described above with respect to Figures 1A to 1H. Realized. This realization process involves placing a gate electrode (306) on the surface of the insulating layer (105). Continued by deposition (Figure 3A). Following this, masking layer C30 7) is formed on the surface of the gate electrode (306) (Figure 3B). Mask layer (30 7) is then exposed, developed and patterned, and an etching step is performed to selectively expose a part of the surface of the underlying single crystal silicon layer (104). Gate electrode (306) material and insulating layer (105) material are removed to (Figure 3C). The emitter (308) then uses methods well known in the art to It is formed on the exposed surface of the single crystal silicon layer (104).

本発明の第4の実施例は第2A図から第2D図に関して上に述べたステップをま ず繰返すことにより実現される。A fourth embodiment of the invention combines the steps described above with respect to FIGS. 2A-2D. This is achieved by repeating the process.

これに続き絶縁層(205)の面上にゲート電極(406)の被着が行なわれる (第4A図)。装置の実現は第30図および第3D図に関して上に述べたように 続けられ単結晶シリコン層(203)上に配設されたエミッタ(308)を有す る第4B図に示すような装置が結果として得られる。Following this, a gate electrode (406) is deposited on the surface of the insulating layer (205). (Figure 4A). The implementation of the device is as described above with respect to Figures 30 and 3D. and an emitter (308) disposed on the monocrystalline silicon layer (203). The result is a device as shown in FIG. 4B.

第5の実施例は1つより多くの単結晶シリコン層を有するFEDとして実現され る。この実現過程はまず第1A図から第1K図に関して述べたとおり進められる 。該構造は次にシリコンが優先的に下層にある単結晶シリコン層(507)の選 択的に露出された面上に沈積する環境に置かれる(第5A図)。マスク層(50 8)が単結晶シリコン層(507)の面上に被着される(第5B図)。引続くマ スク層(508)の露出、現像、およびパターニング、単結晶シリコン層(50 7)の選択的に露出された層のエツチング、および選択的に露出された絶縁層( 105)のエツチングは選択的に単結晶シリコン層(104)の面を露出する( 第5C図)。引続き、エミッタ(509)が単結晶シリコン層(104)の露出 された面上に技術上よく知られた方法を用いて形成される(第5D図)。各々の 単結晶シリコン層は絶縁層がその上に配設される下層材料を露出するために絶縁 層を選択的にエツチングすることにより形成できることが分かる。そうすること により、引続く絶縁体層および単結晶シリコン層の構造が基板上に形成できる。A fifth embodiment is implemented as an FED with more than one single crystal silicon layer. Ru. This realization process first proceeds as described for Figures 1A to 1K. . The structure is then formed by selecting an underlying monocrystalline silicon layer (507) in which silicon is preferentially the underlying layer. selectively placed in an environment where it deposits on exposed surfaces (FIG. 5A). Mask layer (50 8) is deposited on the surface of the monocrystalline silicon layer (507) (FIG. 5B). Subsequent ma Exposure, development, and patterning of the silicon layer (508), single crystal silicon layer (50 7) etching of the selectively exposed layers and etching of the selectively exposed insulating layers ( The etching of 105) selectively exposes the surface of the single crystal silicon layer (104). Figure 5C). Subsequently, the emitter (509) is exposed to the single crystal silicon layer (104). (FIG. 5D) using methods well known in the art. each The monocrystalline silicon layer is insulated to expose the underlying material on which the insulating layer is disposed. It can be seen that it can be formed by selectively etching the layers. to do so A subsequent structure of an insulator layer and a monocrystalline silicon layer can then be formed on the substrate.

本発明の第6の実施例は第2A図から第派2C図に関して上に述べたステップを まず反復することにより実現される。この実現過程は次に第1H図から第1J図 および第5A図から第5D図によって上に述べたステップを継続する。A sixth embodiment of the invention implements the steps described above with respect to FIGS. 2A to 2C. First, it is achieved through repetition. The process of realizing this is shown in Figures 1H to 1J. and continuing the steps described above with FIGS. 5A-5D.

単結晶シリコンの第2の層(507)(第6図)は単結晶シリコンの第1の層( 203)から効果的に電気的に絶縁できるが、それは単結晶シリコンの第2の層 (507)が絶縁層(105)を通って伸びている位置において単結晶シリコン の第2の層(507)の選択的な局部エツチングまたは選択的な局部酸化を行な うことにより達成できる。The second layer of monocrystalline silicon (507) (Figure 6) is the first layer of monocrystalline silicon (507) (Figure 6). 203), which can be effectively electrically insulated from a second layer of single crystal silicon. (507) extends through the insulating layer (105) selective local etching or selective local oxidation of the second layer (507). This can be achieved by

第7A図は基板(701)によって実現される本発明の第7の実施例を示し、該 基板(701)上には絶縁層(702)が配設され該絶縁層は下層の基板(70 1)の面の一部を優先的に(preferentially)露出するため選択 的に成長され、選択的に現像され、またはエツチングされる。本構造は基板(7 01)の部分的に露出した面上にシリコンが優先的に沈積する環境に置かれ、絶 縁層(702)の面内に伸びかつ少なくとも部分的に絶縁層(702)が選択的 にエツチングされあるいは選択的に成長されずあるいは被着されなかった絶縁層 (702)と同じ容積を部分的に占有する単結晶シリコンの突出部(703)を 形成する(第7B図)。引続き、シリコン層(704)が絶縁層(702)の面 上にかつ単結晶シリコン突起(703)の面上に被着される(第7C図)。これ に続きシリコン層(703)の再結晶が行なわれて単結晶シリコン層(705) が生成される(第7D図)。単結晶シリコン層(705)を形成するためのシリ コン層(703)の再結晶は熱的アニーリング、およびレーザ再結晶を含む技術 上知られたいずれの方法によっても行なうことができ、その目的は結晶の粒子サ イズを増大しかつシリコン層(703)の格子を再配列して下層にある再結晶シ リコン層(705)の格子のそれに対応させるためである。FIG. 7A shows a seventh embodiment of the invention realized by a substrate (701), which An insulating layer (702) is disposed on the substrate (701), and the insulating layer is in contact with the underlying substrate (70). 1) Select to preferentially expose a part of the surface selectively grown, selectively developed, or etched. This structure is based on the substrate (7 01) is placed in an environment where silicon is preferentially deposited on the partially exposed surfaces of the extending in the plane of the edge layer (702) and at least partially insulating layer (702) selectively Insulating layers that are not etched or selectively grown or deposited A protrusion (703) of single crystal silicon that partially occupies the same volume as (702) (Figure 7B). Subsequently, the silicon layer (704) is placed on the surface of the insulating layer (702). (FIG. 7C). this Subsequently, the silicon layer (703) is recrystallized to form a single crystal silicon layer (705). is generated (Figure 7D). Silicon for forming a single crystal silicon layer (705) Recrystallization of the con layer (703) involves techniques including thermal annealing and laser recrystallization. This can be done by any of the methods known above, and the purpose is to The underlying recrystallization pattern is increased by increasing the size and rearranging the lattice of the silicon layer (703). This is to correspond to that of the lattice of the recon layer (705).

第8A図は、本発明の第8実施例を示し、この場合シリコン層(803)が絶縁 面(802)上にかつ基板(801)の面の優先的に露出した部分上に被着され ている。後続の再結晶は単結晶シリコン層(804)を有する構造を生成する( 第8B図)。FIG. 8A shows an eighth embodiment of the invention, in which the silicon layer (803) is insulating. deposited on the surface (802) and preferentially on the exposed portion of the surface of the substrate (801). ing. Subsequent recrystallization produces a structure with a monocrystalline silicon layer (804) ( Figure 8B).

第9A図から第9E図までは、本発明の第9の実施例を実現するための一連のス テップを示す。上に述べた方法の内の任意のものによって形成される、第9A図 の構造は単結晶シリコン層(903)に拡散により形成されたバイポーラトラン ジスタ(904)を有する。絶縁層(905)は単結晶シリコン層(903)の 面上に被着されており、かつ実効的にバイポーラトランジスタ(904)を覆っ ている(第9B図)。マスク層(906)が次に絶縁層(905)の面上に被着 される(第9C図)。引続き、選択的な露出、現像、および、マスク層(906 )のパターンニング、そして、絶縁層(905)、単結晶層(903)、および 絶縁層(902)のエツチングが行なわれ、基板面の一部を選択的に露出する( 第9B図)。次に技術上よく知られた方法を用いて基板(901,)の露出され た面上にエミッタ(907)が形成される。このようにして構築された装置は単 結晶シリコン層(903)に形成されたバイポーラトランジスタ装置(904) の導入を可能とし、該単結晶シリコン層は基板(901)ではなく、かつバイポ ーラトランジスタ装置(904)はFEDの近傍にかっFEDと同じ構造の一部 として存在する。9A to 9E are a series of steps for realizing the ninth embodiment of the present invention. Show step. FIG. 9A, formed by any of the methods described above. The structure is a bipolar transistor formed by diffusion in a single crystal silicon layer (903). It has a register (904). The insulating layer (905) is a single crystal silicon layer (903). is deposited on the surface and effectively covers the bipolar transistor (904). (Figure 9B). A mask layer (906) is then deposited on the surface of the insulating layer (905). (Figure 9C). Subsequently, selective exposure, development, and mask layer (906 ) patterning, and insulating layer (905), single crystal layer (903), and The insulating layer (902) is etched to selectively expose a portion of the substrate surface ( Figure 9B). The substrate (901,) is then exposed using methods well known in the art. An emitter (907) is formed on the surface. The device constructed in this way is Bipolar transistor device (904) formed in crystalline silicon layer (903) The monocrystalline silicon layer is not the substrate (901) and is a bipolar silicon layer. The transistor device (904) is located near the FED and is part of the same structure as the FED. It exists as.

第10図は、単結晶シリコン層(1002)内に少なくとも部分的に存在する電 界効果トランジスタ(1001)を使用した本発明の第10の実施例を示す。こ のように構成した装置は単結晶シリコン層(1002)に形成された電界効果ト ランジスタ装置!(1001)の導入を可能にし、単結晶シリコン層(1002 )は基板ではなくかつ前記電界効果トランジスタ装置(1001)はFEDの近 傍にかつFEDと同じ構造の一部として存在する。FIG. 10 shows the electric potential present at least partially within the monocrystalline silicon layer (1002). A tenth embodiment of the present invention using a field effect transistor (1001) is shown. child The device configured as follows uses a field effect transistor formed in a single crystal silicon layer (1002). Ranjistor device! (1001) and single crystal silicon layer (1002). ) is not a substrate and the field effect transistor device (1001) is near the FED. It exists alongside and as part of the same structure as the FED.

第11図は、単結晶シリコン層(1103)に形成されたバイポーラトランジス タ装置(1101)を使用しかつ単結晶シリコン層(1103)上に配置されか つバイポーラトランジスタ装置(1101,)のコレクタに動作可能に結合され たFEDゲート電極(1102)を有する本発明の第11の実施例を示す。Figure 11 shows a bipolar transistor formed in a single crystal silicon layer (1103). using a data storage device (1101) and placed on a single crystal silicon layer (1103). operably coupled to the collector of a bipolar transistor device (1101,). 11 shows an eleventh embodiment of the present invention having a FED gate electrode (1102).

第12図は、単結晶シリコン層(1203)に形成された電界効果トランジスタ 装置(1201)を使用しかつ単結晶シリコン層(1203)上に配設されかつ 前記電界効果トランジスタ装置(1201)のドレインに動作可能に結合された FEDゲート電極(1202)を有する本発明の第12の実施例を示す。Figure 12 shows a field effect transistor formed in a single crystal silicon layer (1203). using a device (1201) and disposed on a single crystal silicon layer (1203); operably coupled to the drain of the field effect transistor device (1201); A twelfth embodiment of the invention is shown having a FED gate electrode (1202).

第13図は、単結晶シリコン層(1301)に配置されたバイポーラトランジス タ装置(1302)を使用し、前記単結晶シリコン層(1301)は不純物によ ってドーピングされている、本発明の第13の実施例を示す。単結晶シリコン層 (1301)は、このように形成することにより、バイポーラトランジスタ装置 (1302)のコレクタおよびFEDゲート電極として機能する。Figure 13 shows a bipolar transistor placed in a single crystal silicon layer (1301). The single crystal silicon layer (1301) is doped with impurities. A thirteenth embodiment of the present invention is shown, in which the wafer is doped as follows. single crystal silicon layer (1301) can be formed as a bipolar transistor device by forming it in this way. (1302) functions as the collector and FED gate electrode.

第1−4図は、単結晶シリコン層(1402)に配置された電界効果トランジス タ装置(1401)を使用し、該単結晶シリコン層(1402)は不純物によっ てドーピングされている、本発明の第14の実施例を示す。単結晶シリコン層( 1402)は、このように構成することにより、電界効果トランジスタ装置(1 ,401)のド1ツインとしてかつFEDゲート電極として作用する。Figure 1-4 shows a field effect transistor placed in a single crystal silicon layer (1402). The single-crystal silicon layer (1402) is made of impurities. A fourteenth embodiment of the present invention is shown, in which the wafer is doped with Single crystal silicon layer ( By configuring the field effect transistor device (1402) in this way, the field effect transistor device (1402) , 401) and as an FED gate electrode.

第15図は、選択的に電気的に相互接続された複数のFEDを使用した実施例の 装置(1,500)の部分的頭部面図である。この実施例においては、エミッタ (1505)が形成された、開口(1503)は選択的に幾何学的な形状のゲー ト電極(1504)によって実質的にその周辺が個々に囲まれている。該エミッ タ(1505)は選択的にドープされた抵抗領域(1505)に電気的に接続さ れており、該選択的にドープされた抵抗領域(1506)は単結晶シリコン層( 1501)に配設されかつ動作可能に選択的にドープされた高導電率の条片(s tripe)(1502)に接続されており、該選択的にドーピングされた高導 電率の条片はまた単結晶シリコン層(1501)にも配置されている。このよう に構成することにより、装置(1500)は各々のエミッタ(1505)におい て独立に制御された電子放出を有するよう機能する。FIG. 15 shows an embodiment using multiple FEDs that are selectively electrically interconnected. FIG. 3 is a partial top view of the device (1,500). In this example, the emitter (1505) is formed, and the aperture (1503) is selectively formed into a geometrically shaped game. The individual electrodes (1504) are substantially circumferentially surrounded. The emmi The resistor (1505) is electrically connected to the selectively doped resistive region (1505). The selectively doped resistive region (1506) is formed of a single crystal silicon layer (1506). 1501) and operably selectively doped highly conductive strips (s tripe) (1502), and the selectively doped high conductivity Electrical conductivity strips are also placed in the monocrystalline silicon layer (1501). like this By configuring the device (1500) to It functions to have independently controlled electron emission.

第16図は、行(row)列(col、umn)アドレシング能力を得るために 装置(1600)の多数のFEDの種々の電極を選択的に電気的に相互接続する 手段を示す頭部面図である。この実施例においては、エミッタ(1603)は選 択的に列状に選択的にドーピングされた高導電率ストライプ(1602)に接続 されそれによってエミッタ(1603)か同じ列にないエミッタ(1603)か ら電気的に分離されている。選択的に幾何学的にパターン化されたゲート電極( 1604)か電気的に動作可能に高導電率ストライプ(1601)に接続され、 該高導電率ストライプ(1601)は導電性または半導体材料の被着によって、 あるいは単結晶シリコン層の選択的にドーピングされた領域として形成できる。Figure 16 shows how to obtain row and column (col, umn) addressing capabilities. selectively electrically interconnecting various electrodes of a number of FEDs of the device (1600); It is a top view which shows a means. In this example, the emitter (1603) is Connected to selectively doped high conductivity stripes (1602) in rows and thereby the emitter (1603) or the emitter (1603) that is not in the same column. They are electrically separated from each other. Selectively geometrically patterned gate electrode ( 1604) or electrically operatively connected to the high conductivity stripe (1601); The high conductivity stripes (1601) are formed by depositing a conductive or semiconducting material. Alternatively, it can be formed as a selectively doped region of a single crystal silicon layer.

このように構成することにより、装置(1600)は該装置(1600’)にお ける複数のFEDの個々のFEDO行および列のアドレシングを行なう手段を可 能にする。With this configuration, the device (1600) can be connected to the device (1600'). provides a means for addressing individual FEDO rows and columns of multiple FEDs. make it possible.

第17図は、側面断面図形式で、選択的にドーピングされた抵抗領域(1706 )を使用した選択的に動作可能に相互接続された複数のFEDを示す。この実施 例においては、エミッタ(1708)の各列は個々の選択的にドーピングされた 抵抗領域(1706)に個々に動作可能に接続されかつその上に配設されており 、該選択的にドーピングされた抵抗領域(1706)は単結晶シリコン層(17 ゜7)に配置されている。選択的にドーピングされた抵抗領域(1706)は選 択的にドーピングされた高導電率ストライプ(1705)に動作可能に結合され 、該選択的にドーピングされた高導電率ストライプ(1705)もまた単結晶シ リコン層(1707)に配設されている。この実施例に従って構成された複数の FEDは同じ列のエミッタ(1708)の独立の列の制御および複数のエミッタ (1708)の各々からの電子放出の独立的な制限のための手段を提供する。FIG. 17 shows a selectively doped resistive region (1706) in side cross-sectional view form. ) shows a plurality of FEDs selectively operably interconnected using a . This implementation In the example, each row of emitters (1708) is an individual selectively doped individually operably connected to and disposed over the resistive region (1706); , the selectively doped resistive region (1706) is connected to a single crystal silicon layer (1706). It is located at 7). The selectively doped resistive region (1706) operably coupled to selectively doped high conductivity stripes (1705); , the selectively doped high conductivity stripes (1705) are also single crystal silicon. It is arranged in the recon layer (1707). A plurality of FED has independent column control of same column emitters (1708) and multiple emitters (1708) provides a means for independent limitation of electron emission from each.

第18図は、本発明の1実施例に係わる複数のFEDの側部断面図である。エミ ッタ(1806)は実質的に一様にドーピングされた単結晶シリコン層(180 4)上に配役されている。該実質的に一様にドーピングされた単結晶シリコン層 (1804)は半導体ドーピングの任意の知られた方法により不純物が注入され 前記実質的に一様にドーピングされた単結晶シリコン層(1804)が複数のエ ミッタ(1806)の各々からの電子放出を独立の様式で効果的に制限するため の分布抵抗素子として機能するようにする。FIG. 18 is a side sectional view of a plurality of FEDs according to one embodiment of the present invention. Emi (1806) is a substantially uniformly doped single crystal silicon layer (180). 4) It is cast above. the substantially uniformly doped single crystal silicon layer; (1804) is implanted with impurities by any known method of semiconductor doping. The substantially uniformly doped single crystal silicon layer (1804) is formed by a plurality of etching layers. to effectively limit electron emission from each of the mitters (1806) in an independent manner. function as a distributed resistance element.

当該技術に習熟しかっFEDの知られた構成を知るものに七って各エミッタは図 示された円錐形状以外の形状で形成できることは直ちに明らかであろう。幾つか の他のエミッタ形状は長さの変化するくさびおよび直線的なものまたは曲がりく ねったものを含む。そのようなエミッタ構造に対し、関連する開口は非円形柱状 とすることができかつエミッタの細長い形状に実質的に対称に適合するものとす ることができる。さらに、上に述べた方法は2層以上の単結晶シリコン層および /またはエミッタに加え1つより多くの電極を備えた電界放出装置を提供するよ う拡張できる。For those familiar with the art and familiar with the known configurations of FEDs, each emitter should be It will be readily apparent that shapes other than the conical shape shown can be formed. some Other emitter shapes include wedges of varying length and straight or curved Including sticky items. For such emitter structures, the associated apertures are non-circular columnar and shall conform substantially symmetrically to the elongated shape of the emitter. can be done. Furthermore, the method described above can be applied to two or more monocrystalline silicon layers and / or to provide a field emission device with more than one electrode in addition to the emitter. It can be expanded.

そのような電界放出装置は典型的には一般に知られかつ文献に記載されたテトロ ードまたはペントート装置の形式となるであろう。Such field emission devices are typically commonly known and described in the literature. This may be in the form of a board or pentote device.

Fig、14 1c+7’、○ 要約書 単結晶シリコンの非基板層(203)を使用した種々の電界放出装置(308) および電界放出装置構造が提供される。単結晶シリコンの非基板層(203)を 使用することにより、改良された放出制御が達成されかつ改良された性能の制御 装置(406)か装置構造内で形成できる。Fig, 14 1c+7',○ abstract Various field emission devices (308) using a non-substrate layer (203) of single crystal silicon and a field emission device structure are provided. A non-substrate layer (203) of single crystal silicon By using improved emission control is achieved and improved performance control The device (406) can be formed within the device structure.

国際調査報告international search report

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.電界放出装置であって、 基板、 該基板の一面の少なくとも一部上に配設された絶縁層、該絶縁層の一面の少なく とも一部上に配設された単結晶シリコン層、 該単結晶シリコン層の一面の少なくとも一部上に配設されたエミッタ、 を具備する電界放出装置。1. A field emission device, substrate, an insulating layer disposed on at least a portion of one surface of the substrate; A single crystal silicon layer partially disposed on top of the an emitter disposed on at least a portion of one surface of the single crystal silicon layer; A field emission device comprising: 2.電界放出装置を形成する方法であって、(A)基板を提供する段階、 (B)前記基板の一面の少なくとも一部上に絶縁層を形成する段階、 (C)前記絶縁層の一面の少なくとも一部上に単結晶シリコン層を形成する段階 、そして (D)前記単結晶シリコン層の一面の少なくとも一部上に配設されたエミッタを 形成する段階、を具備する電界放出装置を形成する方法。2. A method of forming a field emission device comprising: (A) providing a substrate; (B) forming an insulating layer on at least a portion of one surface of the substrate; (C) forming a single crystal silicon layer on at least a portion of one surface of the insulating layer; ,and (D) an emitter disposed on at least a portion of one surface of the single crystal silicon layer; 1. A method of forming a field emission device, comprising: forming a field emission device. 3.電子装置であって、 エミッタを有する電界放出装置であって、該電界放出装置のエミッタは単結晶シ リコン層の一面の少なくとも一部上に配設され、前記単結晶シリコン層は絶縁層 の一面の少なくとも一部上に配設されているもの、単結晶シリコン眉に少なくと も部分的に配設されかつ動作可能に前記電界放出装置のエミッタに結合されたト ランジスタ装置、 を具備する電子装置。3. An electronic device, A field emission device having an emitter, the emitter of the field emission device being a single crystal silicone. disposed on at least a portion of one surface of the silicon layer, the single crystal silicon layer is an insulating layer; disposed on at least a portion of one side of the monocrystalline silicon eyebrow. a transistor partially disposed and operably coupled to the emitter of the field emission device; transistor device, An electronic device comprising:
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