KR20000016555A - Gate-controlled electron emitter using injection particle for restricting gate opening and fabricating method thereof - Google Patents

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KR20000016555A
KR20000016555A KR1019980710145A KR19980710145A KR20000016555A KR 20000016555 A KR20000016555 A KR 20000016555A KR 1019980710145 A KR1019980710145 A KR 1019980710145A KR 19980710145 A KR19980710145 A KR 19980710145A KR 20000016555 A KR20000016555 A KR 20000016555A
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폴 엔. 루드윅
두안 에이. 하벤
존 엠. 마코레이
크리스토퍼 제이. 스핀트
제임스 엠. 클리브즈
엔. 조안 낼
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마샬 해리 에이.
캔데슨트 테크날러지스 코퍼레이션
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Abstract

PURPOSE: A fabricating method of a gate-controlled electron emitter is provided to make particles restrict a gate opening through a gate layer and form a dielectric opening through an insulating layer through the opening. CONSTITUTION: The method comprises the steps of injecting many particles into a structure, utilizing the particles for restricting a corresponding position for many gate openings extended through an electrical conductive gate layer supplied around an electrical insulating layer in the structure, supplying a spacer material into the gate opening to leave a corresponding aperture extended downwardly toward the insulating layer through a spacer material although generally covering a side end thereof, etching the insulating layer through the aperture to form a dielectric opening, and injecting an electrical conductive emitter material into the dielectric opening to form an electron emitting device.

Description

게이트 개구부를 한정하기 위해 분사 입자를 이용하는 게이트 제어된 전자방출 장치 및 그 제조방법Gate-controlled electron-emitting device using sprayed particles to define gate openings and method for manufacturing same

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

본 출원은 공동 출원된 Haven외 다수의 국제특허출원 제 호, 대리인 일련번호 M-3850 PCT와 부분적으로 유사한 주제 문제를 포함한다.This application contains subject matter that is partly similar to Haven et al., International Patent Application No., Representative Serial Number M-3850 PCT.

전계방출 캐소드(또는 전계 이미터)는 충분한 강도의 전계를 받을 때 전자를 방출한다. 전계는 캐소드로부터 떨어져 단거리에 위치한, 일반적으로 애노드 또는 게이트 전극으로 언급되는 전극과 캐소드 사이에 적당한 전압을 적용하므로써 생산된다.A field emission cathode (or field emitter) emits electrons when it receives an electric field of sufficient strength. An electric field is produced by applying an appropriate voltage between an electrode and an electrode, generally referred to as an anode or gate electrode, located short distance away from the cathode.

전계방출 캐소드가 평면 패널 CRT 표시장치에서 사용되는 경우, 캐소드로부터의 전자방출은 크기조절가능한 영역에 걸쳐 발생한다. 전자방출 영역은 공통적으로 전자방출부의 2차원 배열로 나누어지고, 각각은 화소의 일부 또는 전부를 형성하기 위해 대응하는 발광부로부터 걸쳐서 위치된다. 각각의 전자방출부에 의해 방출된 전자는 대응하는 발광부와 부딪혀 가시광을 방출하도록 한다.When field emission cathodes are used in flat panel CRT displays, electron emission from the cathode occurs over a scalable region. The electron emission regions are commonly divided into two-dimensional arrays of electron emission portions, each positioned over a corresponding light emitting portion to form part or all of the pixels. The electrons emitted by each of the electron emission parts collide with the corresponding light emission parts to emit visible light.

일반적으로 조명이 각각의 발광부 영역에 걸쳐 균일(일정)한 것이 바람직하다. 균일한 조명을 이루기 위한 한가지 방법은 대응하는 전자방출부 영역에 걸쳐 균일하게 전자가 방출되도록 배치하는 것이다. 이것은 일반적으로 다수의 작고, 근접하게 간격을 두고 있는 전자방출소자로서 전자방출부를 제조하는 것과 관련된다.In general, it is desirable that the illumination be uniform (constant) over each light emitting region. One way to achieve uniform illumination is to arrange the electrons to be evenly distributed over the corresponding electron emitting region. This generally involves the fabrication of electron emitting portions as many small, closely spaced electron emitting devices.

작고, 근접하게 간격을 두고 있는 전자방출소자를 포함하는 전자방출 장치를 제조하기 위한 다양한 방법들이 연구되어왔다. Spindt외 다수의 "Research in Micron-Sized Field-Emission Tubes"(IEEE Conf. Rec. 1966 Eighth Conf. Tube Techniques, 1996.9.20, pp 143-147)에서는 작은 임의대로 분사되는 구형 입자가 평평한 전계방출 캐소드내 원추형 전자방출소자를 위한 위치를 한정하기 위해 사용되는 방법을 설명하고 있따. 구형 입자의 크기는 원추형 전자방출소자의 기본 직경을 강력하게 제어한다.Various methods have been studied for manufacturing electron emitting devices including small, closely spaced electron emitting devices. Spindt et al. "Research in Micron-Sized Field-Emission Tubes" (IEEE Conf. Rec. 1966 Eighth Conf. Tube Techniques, Sept. 20, 1996, pp. 143-147) are flat field emission cathodes with small randomly spherical particles. The method used to define a location for a conical electron-emitting device is described. The size of the spherical particles strongly controls the basic diameter of the conical electron-emitting device.

도 1a 내지 도 1g(집합적으로 "도 1")는 두꺼운 애노드를 갖는 전자방출 다이오드를 제조하기 위해 Spindt외 다수의 문서에서 사용된 구형기반 프로세스를 설명하고 있다. 도 1a에서, 시작지점은 사파이어 기판(20)이 된다. 아래쪽 몰리브덴층(22), 절연층(24), 및 위쪽 몰리브덴층(26)으로 구성되는 샌드위치는 기판(20)상에 위치된다.1A-1G (collectively "FIG. 1") illustrate a spherical-based process used in Spindt et al. To document an electron emitting diode having a thick anode. In FIG. 1A, the starting point is the sapphire substrate 20. A sandwich composed of a lower molybdenum layer 22, an insulating layer 24, and an upper molybdenum layer 26 is positioned on the substrate 20.

도 1b에 도시된 것중의 하나인 폴리스티렌 구형체(28)는 몰리브덴층(26)의 최상위부에 걸쳐 뿌려진다. "레지스트"는 층(26)의 덮히지 않은 부분상에 레지스트층(30A)을 형성하기 위해 침적된다. 도 1c를 참조하면, 레지스트의 부분(30B), 일반적으로 알루미나(알루미늄 산화층)는 레지스트 침적동안 구형 입자(28)상에 누적된다. 구형체(28)는 연속적으로 제거되므로써, 레지스트부(30B)를 제거한다. 도 1d를 참조하면, 개구부(32)는 제거된 구형체(28)의 위치에서 레지스트층(30A)을 통해 확장된다.Polystyrene spheres 28, one of those shown in FIG. 1B, are sprayed over the top of the molybdenum layer 26. As shown in FIG. "Resist" is deposited to form resist layer 30A on the uncovered portion of layer 26. Referring to FIG. 1C, a portion 30B of the resist, generally alumina (aluminum oxide layer), accumulates on the spherical particles 28 during resist deposition. The spherical body 28 is continuously removed, thereby removing the resist portion 30B. Referring to FIG. 1D, the opening 32 extends through the resist layer 30A at the location of the removed sphere 28.

몰리브덴층(26)의 배치 부분은 몰리브덴(26)을 통해 개구부(34)를 형성하기 위해 레지스트 개구부(32)를 통해 에칭되고, 그 잔여부분은 도 1e의 아이템(26A)으로 표시되어 있다. 유사하게, 절연층(24)의 배치부분은 잔여 절연층(24A)을 통해 캐비티(36)를 형성하기 위해 개구부(34)를 통해 에칭된다. 도 1f를 참조하면, 일반적으로 캐비티 에칭동안 레지스트층(30A)이 제거된다.The placement portion of the molybdenum layer 26 is etched through the resist opening 32 to form the opening 34 through the molybdenum 26, the remainder of which is indicated by item 26A in FIG. 1E. Similarly, the placement of the insulating layer 24 is etched through the opening 34 to form the cavity 36 through the remaining insulating layer 24A. Referring to FIG. 1F, the resist layer 30A is typically removed during cavity etching.

마지막으로, 몰리브덴은 구조체의 최상부상에, 그리고 캐비티(36)로 증발에 의해 침적된다. 증발은 몰리브덴이 그리로 통해 캐비티(36)내에 누적되는 개구부가 점진적으로 근접하는 방법으로 수행된다. 도 1g에서 나타낸 바와 같이, 원추형 몰리브덴 전자방출소자(38A)는 캐비티(36)내에 형성되는 반면, 연속적인 몰리브덴층(38B)은 몰리브덴층(26A)의 최상부에 형성된다. 층(38B,26A)은 다이오드를 위한 애노드를 함께 형성한다.Finally, molybdenum is deposited on the top of the structure and by evaporation into the cavity 36. Evaporation is carried out in such a way that the openings in which molybdenum accumulates therein in the cavity 36 are gradually approached. As shown in FIG. 1G, the conical molybdenum electron-emitting device 38A is formed in the cavity 36, while the continuous molybdenum layer 38B is formed on top of the molybdenum layer 26A. Layers 38B and 26A together form an anode for the diode.

상기한 Spindt외 다수의 문서의 전자방출소자의 기본 크기 및 위치를 확정하기 위해 구형 입자를 사용하는 것은 전자방출 장치를 생성하는 것에 대한 독창적인 접근이다. 그러나, 소자(38A)에 의해 방출된 전자는 애노드(26A/38B)에 의해 모여지고, 따라서 발광 영역을 직접적으로 활성화하기 위해 사용되지 않는다. 매우 균일한 방법으로 평면패널 장치내 발광 소자를 직접적으로 활성화하기 위해 사용될 수 있는 전자를 방출하는 작은, 근접하게 간격을 두고 있는 전자방출소자를 위한 위치를 한정하기 위해 구형 입자를 사용하는 것이 바람직하다.The use of spherical particles to determine the basic size and location of the electron-emitting device of Spindt et al. In many of the above documents is a unique approach to creating an electron-emitting device. However, electrons emitted by the element 38A are collected by the anodes 26A / 38B and are therefore not used to directly activate the light emitting region. It is desirable to use spherical particles to define locations for small, closely spaced electron emitting devices that emit electrons that can be used to directly activate light emitting devices in a flat panel device in a very uniform manner. .

본 발명은 평면 패널 타입의 "CRT"(cathode-ray tube) 표시장치와 같은 제조물에 적합한, 공통적으로 캐소드로 언급되는 전자방출 장치의 제조에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of an electron emitting device, commonly referred to as a cathode, suitable for an article such as a flat panel type "cathode-ray tube" display.

도 1a 내지 도 1g는 다이오드 전계 이미터를 제조하기 위한 종래 기술 공정에서의 단계를 나타내는 단면 구조도,1A-1G are cross-sectional structural diagrams illustrating steps in a prior art process for manufacturing a diode field emitter;

도 2a 및 도 2g는 원추형 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 본 발명의 기술을 따르는 공정에서의 한 세트의 단계를 나타내는 단면 구조도,2A and 2G are cross-sectional structural diagrams illustrating a set of steps in a process in accordance with the techniques of the present invention for producing gate controlled field emitters having conical electron-emitting devices;

도 3a 및 도 3i는 원추형 전자방출소자를 갖는 전계 이미터를 제조하기 위한 본 발명의 기술을 따르는 또다른 공정에서의 한 세트의 단계를 나타내는 단면 구조도,3A and 3I are cross-sectional structural views showing one set of steps in another process in accordance with the techniques of the present invention for producing field emitters having conical electron-emitting devices,

도 4a 내지 도 4f, 도 4g의 (1), 및 도 4g의 (2)는 본 발명에 따른 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 공정에서의 한 세트의 프런트 엔드 단계를 나타내는 단면 구조도,4A-4F, FIG. 4G (1), and FIG. 4G (2) are cross-sectional structural diagrams illustrating a set of front end steps in a process for manufacturing a gate controlled field emitter in accordance with the present invention;

도 5a 내지 도 5g는 도 4e, 4f, 또는 도 4g의 (1)의 프런트 엔드 구조가 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 본 발명에 따라 공정되는 한 세트의 후반 단계를 나타내는 단면 구조도,5A-5G show a set of front end structures of (1) of FIG. 4E, 4F, or 4G being processed in accordance with the present invention to produce a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device. Cross-sectional structural diagram showing the latter stage,

도 6a 내지 도 6h는 도 4e, 4f, 또는 도 4g의 (1)의 프런트 엔드 구조가 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 본 발명에 따라 공정되는 또다른 세트의 후반 단계를 나타내는 단면 구조도,6A-6H show another set in which the front end structure of (1) of FIG. 4E, 4F, or 4G is processed in accordance with the present invention to produce a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device. Cross-sectional structural diagram showing the later stages of

도 7a 내지 도 7j는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 공정에서의 한 세트의 단계를 나타내는 단면 구조도,7A-7J are cross-sectional structural diagrams illustrating a set of steps in a process according to the present invention for producing a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device;

도 8a 및 도 8b는 전자방출소자중의 하나의 제조에 중점을 두고 있는 도 7f 및 도 7h의 일부의 확장된 단면 구조도,8A and 8B are enlarged cross-sectional structural views of a portion of FIGS. 7F and 7H focusing on the manufacture of one of the electron-emitting devices;

도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따라 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하는데 있어서, 도 7h 내지 도 7j의 단계와 치환될 수 있는 한 세트의 단계를 나타내는 확장된 단면 구조도,9A-9C are enlarged cross-sections illustrating a set of steps that may be substituted for the steps of FIGS. 7H-7J in fabricating a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device in accordance with the present invention. Structural Diagram,

도 10a 내지 도 10g는 도 3f(또는 도 3e)의 프런트 엔드 구조가 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 본 발명에 따라 공정되는 한 세트의 후반 단계를 나타내는 단면 구조도,10A-10G are cross-sections illustrating a later set of steps in which the front end structure of FIG. 3F (or FIG. 3E) is processed in accordance with the present invention to produce gate controlled field emitters having a fibrous electron-emitting device. Structural Diagram,

도 11a 내지 도 11h는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 또다른 공정에서의 한 세트의 단계를 나타내는 단면 구조도,11A-11H are cross-sectional structural views showing one set of steps in another process according to the present invention for producing a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device;

도 12a 내지 도 12i는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 본 발명에 따른 추가 공정에서의 한 세트의 단계를 나타내는 단면 구조도,12A-12I are cross-sectional structural diagrams illustrating a set of steps in a further process according to the present invention for producing a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device;

도 13a 내지 도 13g는 본 발명에 따른 게이트 제어된 전계 이미터를 제조하기 위한 공정에서의 한 세트의 프런트 엔드 단계를 나타내는 단면 구조도,13A-13G are cross-sectional structural diagrams illustrating a set of front end steps in a process for manufacturing a gate controlled field emitter in accordance with the present invention;

도 14는 아래쪽 비절연 영역이 전기적 저항부 및 전기적 도전부로 구성되는 경우에 도 2a, 3a, 4a, 7a, 또는 도 12a의 초기 구조가 나타나는 방법을 설명하는 단면 구조도,FIG. 14 is a cross-sectional structural view illustrating a method in which the initial structure of FIGS. 2A, 3A, 4A, 7A, or 12A is shown when the lower non-insulated region is composed of an electrical resistance portion and an electrical conductive portion;

도 15a 및 도 15b는 아래쪽 비절연 영역이 전기적 저항부 및 전기적 도전부로 구성되는 경우에 도 2g 및 도 5g의 마지막 전계방출 구조가 나타나는 방법을 설명하는 단면 구조도, 및15A and 15B are cross-sectional structural views illustrating how the last field emission structure of FIGS. 2G and 5G is shown when the lower non-insulated region is composed of an electrical resistance portion and an electrically conductive portion, and

도 16은 본 발명에 따라 제조된, 도 5g에서와 같은 게이트 제어된 전계 이미터를 구체화하는 평면패널 CRT 표시장치의 단면 구조도이다.FIG. 16 is a cross-sectional structural diagram of a flat panel CRT display device embodying a gate controlled field emitter as in FIG. 5G, manufactured in accordance with the present invention.

상기에서, 도 4a 내지 도 4f의 프런트 엔드 공정 시퀀스는 도 4g (1) 또는 도 4g의 (2)의 단계로 완료될 수 있다. 전계 이미터는 도 2d 내지 도 2g의 후반단계, 또는 도 3f 내지 도 3h의 후반단계를 도 4a 내지 도 4f 및 도 4g의 (1) 및 도 4g의 (2)의 프런트 엔드 단계까지 적용하므로써 본 발명에 따라 원추형상 전자방출소자에 제공될 수 있다.In the above, the front end process sequence of FIGS. 4A-4F may be completed with the steps of FIG. 4G (1) or (2) of FIG. 4G. The field emitter is applied by applying the latter stages of FIGS. 2D to 2G, or the latter stages of FIGS. 3F to 3H to the front end stages of FIGS. 4A to 4F and 4G (1) and 4G (2). It can be provided in the conical electron-emitting device according to.

도 2d 또는 도 3e의 프런트 엔드 구조는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 도 5b 내지 도 5g의 후반 단계를 이용하므로써 본 발명에 따라 공정될 수 있다.The front end structure of FIG. 2D or FIG. 3E can be processed in accordance with the present invention by using the latter step of FIGS. 5B-5G to produce a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device.

도 2d 또는 도 3e의 프런트 엔드 구조는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 도 6a 내지 도 6h의 후반 단계를 이용하므로써 본 발명에 따라 공정될 수 있다.The front end structure of FIG. 2D or FIG. 3E can be processed in accordance with the present invention by using the latter steps of FIGS. 6A-6H to produce gate controlled field emitters having a fibrous electron-emitting device.

도 2d(또는 도 2c), 도 4g의 (1) 또는 도 4g의 (2)의 프런트 엔드 구조는 섬유 모양의 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계 이미터를 생산하기 위해 도 10a 내지 도 10g의 후반 단계를 이용하므로써 본 발명에 따라 공정될 수 있다.The front end structure of Fig. 2D (or Fig. 2C), Fig. 4G (1) or Fig. 4G (2) shows the arrangement of Figs. 10A-10G to produce a gate controlled field emitter having a fibrous electron-emitting device. By using the latter step it can be processed according to the invention.

도 13a 내지 도 13g의 프런트 엔드 공정 시퀀스는 예를 들어 도 7e 내지 도 7j의 후반 공정 시퀀스에 따라 완료될 수 있다.The front end process sequence of FIGS. 13A-13G may be completed, for example, according to the latter process sequence of FIGS. 7E-7J.

동일한, 또는 매우 유사한 아이템(들)을 나타내기 위해 도면 및 적절한 실시예의 설명에서 유사한 참조부호를 사용한다.Like reference numerals are used in the drawings and the description of the appropriate embodiments to refer to the same or very similar item (s).

본 발명은 일반적으로 구형체인 입자가 게이트 제어된 전자방출 장치를 제조하는데 사용되는 한 그룹의 제조공정을 제공한다. 상기 입자는 게이트 제어된 전자 이미터내 전자방출소자의 위치를 한정한다. 중요하게, 본 발명의 제조공정은 전자방출소자에 의해 방출된 전자가 평면패널 장치내 발광 영역과 같은 직접적인 활성 소자에 유효하도록 배치된다.The present invention provides a group of manufacturing processes in which particles, which are generally spherical, are used to make gate controlled electron emitting devices. The particles define the position of the electron-emitting device in the gate controlled electron emitter. Importantly, the manufacturing process of the present invention is arranged such that the electrons emitted by the electron-emitting device are effective for direct active devices such as light emitting regions in the flat panel device.

입자의 표면 밀도는 전자방출소자의 표면 밀도를 한정한다(동일하다). 입자 표면 밀도는 용이하게 높은 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 전자방출소자의 고표면밀도가 쉽게 얻어질 수 있다. 입자 및 전자방출소자가 서로 임의로 관련된 위치에 일반적으로 위치되지만, 단위 영역당 전자방출소자의 수는 전체 전자방출 영역에 걸쳐 비교적 균일하다.The surface density of the particles defines (the same) the surface density of the electron-emitting device. The particle surface density can easily be set to a high value. Therefore, high surface density of the electron-emitting device can be easily obtained. Although the particles and electron-emitting devices are generally located at positions arbitrarily associated with each other, the number of electron-emitting devices per unit area is relatively uniform over the entire electron-emitting area.

또한, 입자는 엄격한 크기 분사를 갖도록 용이하게 선택될 수 있다-즉, 평균 입자 직경의 표준 편차는 극히 작다. 특정한 두께와 같은 특정한 크기의 매개변수를 위한 값을 적절히 조정하므로써, 전자방출소자는 서로 매우 유사하게 될 수 있다. 순수한 결과는 본 발명의 제조공정에 따른 입자 사용이 매우 균일한 전자방출이 이뤄지도록 하여, 발광 영역이 매우 균일한 방법으로 직접적으로 활성화될 수 있도록 하는 것이다.In addition, the particles can be easily selected to have a strict size injection-that is, the standard deviation of the mean particle diameter is extremely small. By properly adjusting the values for parameters of a particular size, such as a specific thickness, the electron-emitting devices can become very similar to each other. The net result is that the use of particles according to the manufacturing process of the present invention results in very uniform electron emission, so that the luminescent region can be directly activated in a very uniform manner.

본 발명에 따른 게이트 제어된 전자 이미터를 제조할 때, 다수의 입자는 적당한 시작 구조체에 걸쳐 분사된다. 중요하게, 시작 구조체의 측면의 크기는 시작 구조체에 걸쳐 (임의적이지만) 비교적 균일한 방법으로 입자를 분사할 수 있는 능력에 일반적으로 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 본 발명의 제조공정은 큰 영역의 전자 이미터를 만들기 위해 용이하게 사용될 수 있다.When producing a gate controlled electron emitter according to the present invention, a number of particles are sprayed over a suitable starting structure. Importantly, the size of the sides of the starting structure generally has little effect on the ability to spray particles in a (optional) relatively uniform manner over the starting structure. Thus, the manufacturing process of the present invention can be easily used to make large area electron emitters.

입자들은 일반적으로 구형의 모양을 갖는다. 시작 구조체에 걸쳐 분사된 후, 입자는 상기 구조체내 전기적 절연층에 걸쳐 제공된 전기적 비절연 게이트층을 통해 확장되는 대응하는 게이트 개구부를 위한 위치를 한정하기 위해 사용된다. 후술하는 바와 같이, "전기적 비절연"은 전기적으로 도전되는 것 또는 전기적으로 저항하는 것을 의미한다.The particles generally have a spherical shape. After spraying over the starting structure, the particles are used to define a location for the corresponding gate opening that extends through the electrically non-insulating gate layer provided over the electrically insulating layer in the structure. As described below, "electrically non-insulated" means electrically conductive or electrically resistant.

입자는 절연층 또는 게이트층에 걸쳐 분사될 수 있어서, 게이트 개구부를 한정하기 위해 입자를 이용하는데 있어서 다른 시퀀스를 이끌어낸다. 입자들이 절연층에 걸쳐 분사되는 경우, 전기적 비절연 게이트 재료는 적어도 입자들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 제공된다. 그리고 입자는 제거된다. 입자 제거 작동을 하는 동안, 입자에 중첩되는 임의의 게이트 재료는 동시에 제거된다. 잔여 게이트 재료는 게이트 개구부가 제거된 입자의 위치에서 확장되는 게이트층을 형성한다.The particles can be sprayed over an insulating or gate layer, leading to another sequence in using the particles to define the gate opening. When particles are sprayed over the insulating layer, an electrically non-insulating gate material is provided over the insulating layer at least in the spaces between the particles. And particles are removed. During the particle removal operation, any gate material superimposed on the particles is removed at the same time. The remaining gate material forms a gate layer that extends at the location of the particles from which the gate opening has been removed.

입자가 게이트층에 걸쳐 분사되는 경우, 추가 재료는 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 제공된다. 입자는 제거되어, 동시에 입자에 중첩되는 임의의 추가 재료를 제거한다. 그리고, 틈은 제거된 입자 위치에서 잔여 추가 재료를 통해 확장된다. 게이트층은 게이트 개구부를 형성하기 위해 잔여 추가 재료내 개구부를 통해 연속적으로 에칭된다.When particles are sprayed across the gate layer, additional material is provided over the gate layer in at least the space between the particles. The particles are removed to remove any additional material that overlaps the particles at the same time. The gap then extends through the remaining additional material at the removed particle location. The gate layer is continuously etched through the openings in the remaining additional material to form the gate openings.

제 1 층은 게이트층에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 제 1 층은 일반적으로 비유기적 유전체 재료로 구성된다. 만일 추가 재료 또한 존재하는 경우, 제 1 층은 게이트층과 추가 재료 사이에 위치된다. 다수의 제 1 개구부는 제 1 층을 통해 확장된다. 각각의 게이트 개구부는 제 1 개구부중 대응하는 하나에 수직으로 정렬된다. 제 1 층이 본 발명에 따른 게이트 제어된 전자 이미터를 제조하는데 사용되는 경우, 입자는 절연층, 게이트층, 또는 제 1 층에 걸쳐 분사될 수 있다. 이들 세 개 층중 어떤 것이 입자를 받느냐에 따라, 입자는 상기 두 개 문단에 설명된 것과 유사한 타입의 공정 시퀀스에 따라 게이트 개구부를 한정하도록 사용된다.The first layer can be formed over the gate layer. The first layer is generally composed of an inorganic dielectric material. If additional material is also present, the first layer is located between the gate layer and the additional material. The plurality of first openings extend through the first layer. Each gate opening is aligned perpendicular to the corresponding one of the first openings. When the first layer is used to make the gate controlled electron emitter according to the present invention, the particles may be sprayed over the insulating layer, the gate layer, or the first layer. Depending on which of these three layers receives the particles, the particles are used to define the gate opening according to a process sequence of a type similar to that described in the two paragraphs above.

패턴 이동층은 절연층에 걸쳐 제공될 수 있다. 입자는 입자에 의해 차단되지 않는 패턴 이동층의 일부를 제거하므로써 받침대가 패턴 이동층으로부터 생성된 후 패턴 이동층에 걸쳐 분사된다. 게이트 재료는 적어도 받침대들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 침적된다. 받침대 및 입자를 포함하는 임의의 중첩 재료가 제거된다. 잔여 게이트 재료는 게이트 기구부가 제거된 받침대의 위치에서 확장되는 게이트층을 형성한다.The pattern transfer layer may be provided over the insulating layer. The particles are ejected over the pattern moving layer after the pedestal is created from the pattern moving layer by removing a portion of the pattern moving layer that is not blocked by the particles. The gate material is deposited over the insulating layer at least in the spaces between the pedestals. Any overlapping material, including the pedestal and particles, is removed. The remaining gate material forms a gate layer that extends at the location of the pedestal from which the gate mechanism is removed.

입자들이 게이트 개구부를 한정하기 위해 사용되는 방법을 개의치 않고, 일반적으로 필라멘트 모양의 전자방출소자를 용이하게 생산하도록 추가 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 스페이서 재료는 게이트 개구부의 측단부를 덮기 위해 게이트 개구부내에 제공될 수 있지만, 절연층 아래로 스페이서 재료를 통해 확장되는 대응하는 틈을 남겨둘 수 있다. 절연층은 절연층 아래에 제공된 아래쪽 비절연 영역 아래로 대체로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 스페이서 재료내 틈을 통해 연속적으로 에칭된다. 대신, 절연층은 절연층을 통해 유전체 개구부를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 에칭될 수 잇다. 그리고 스페이서 재료는 대체로 그 측단부를 덮기 위해 유전체 개구부에 제공되지만, 아래쪽 비절연 영역 아래로 스페이서 재료를 통해 확장되는 대응하는 틈을 남겨둔다.Regardless of how the particles are used to define the gate openings, additional processes can be performed to facilitate the production of generally filament-shaped electron-emitting devices. For example, a spacer material may be provided in the gate opening to cover the side ends of the gate opening, but may leave a corresponding gap extending through the spacer material under the insulating layer. The insulating layer is continuously etched through the gaps in the spacer material to form a corresponding dielectric opening generally through the insulating layer below the lower non-insulating region provided below the insulating layer. Instead, the insulating layer can be etched through the gate opening to form a dielectric opening through the insulating layer. And the spacer material is generally provided in the dielectric opening to cover its side ends, but leaves a corresponding gap extending through the spacer material under the lower non-insulated region.

전자방출소자는 절연층이 게이트 개구부 또는 스페이서 재료내 틈을 통해 에칭되는지 여부에 따라 스페이서 재료를 통해 틈 또는 유전체 개구부로 전기적 비절연 이미터 재료를 주입하므로써 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 형성된다. 결과적으로, 전자방출소자는 일반적으로 필라멘트 형태가 된다. 스페이서 재료는 게이트층과 각각의 전자방출소자 사이의 측면 간격 유지를 제어한다.The electron-emitting device is formed over the lower non-insulated region by injecting an electrically non-insulated emitter material through the spacer material into the gap or dielectric opening, depending on whether the insulating layer is etched through the gap in the gate opening or spacer material. As a result, the electron-emitting device is generally in the form of a filament. The spacer material controls the lateral spacing between the gate layer and each electron-emitting device.

상기한 제 1 층을 이용하는 공정 흐름에서, 일반적으로 원추형상인 전자방출소자를 용이하게 생산하도록 제 1 층, 게이트층, 및 절연층을 갖는 구조체상에 형성될 수 있다. 특히, 절연층은 절연층 아래에 제공된 아래쪽 전기적 비절연 영역 아래로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 제 1 및 게이트 개구부를 통해 에칭될 수 있다. 각각의 제 1 개구부는 일반적으로 대응하는 게이트 개구부보다 크지 않다. 따라서, 제 1 개구부는 (후에 형성된) 전자방출소자의 측면 크기를 한정한다. 일반적인 경우에서와 같이 엄격한 크기 분사를 갖는 입자를 선택하므로써, 제 1 개구부의 크기 분사는 제 1 근사값까지 동일하게 엄격하다.In the process flow using the first layer described above, it can be formed on a structure having a first layer, a gate layer, and an insulating layer to easily produce a generally conical electron-emitting device. In particular, the insulating layer may be etched through the first and gate openings to form a corresponding dielectric opening through the insulating layer under the lower electrically non-insulating region provided below the insulating layer. Each first opening is generally no larger than the corresponding gate opening. Thus, the first opening defines the side size of the electron-emitting device (formed later). By selecting particles with strict size injection as in the general case, the size injection of the first opening is equally strict up to the first approximation.

전기적으로 비절연 이미터 재료는 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 대응하는 전자방출소자를 형성하기 위해 유전체 개구부로, 그리고 제 1 및 게이트 개구부를 통해 제 1 층에 걸쳐 침적된다. 전자방출소자는 일반적으로 원추형상을 갖는다. 제 1 개구부가 일반적으로 엄격한 크기 분사를 하기 때문에, 전자방출소자에 의해 점유된 측면 영역은 일반적으로 대부분 동일하다. 제 1 층은 제 1 층에 걸쳐 누적된 초과 이미터 재료를 올리도록 연속적으로 제거될 수 있다.Electrically non-insulating emitter material is deposited over the first layer through the first and gate openings and through the first and gate openings to form corresponding electron-emitting devices over the lower non-insulating region. The electron-emitting device generally has a conical shape. Since the first openings are generally subjected to strict size injections, the side regions occupied by the electron-emitting devices are generally mostly the same. The first layer can be continuously removed to raise the excess emitter material accumulated over the first layer.

Spindt외 다수의 문서에서 발생하는 것과는 반대로, 본 발명에 따라 제조된 전자 이미터내 전자방출소자에 의해 방출된 전자의 이동은 절연층에 걸쳐 침적된 전기적 도전 재료에 의해 일반적으로 저해되지 않는다. 전자는 전자 이미터 위 적당한 거리에 위치된, 발광 인광물질 영역과 같은 소자를 활성화하기 위해 전자 이미터 너머로 이동할 수 있다. 요컨대, 본 발명은 평면패널 CRT 장치, 특히 광역 평면패널 CRT 표시장치로 용이하게 구체화될 수 있는 고성능 전자 이미터를 제조하기 위한 한 그룹의 절약적인 공정을 제공한다.Contrary to what occurs in Spindt et al., A number of documents, the movement of electrons emitted by electron-emitting devices in electron emitters made in accordance with the present invention is generally not inhibited by the electrically conductive material deposited over the insulating layer. The electrons can travel beyond the electron emitter to activate a device, such as a light emitting phosphor region, located at a suitable distance above the electron emitter. In short, the present invention provides a group of saving processes for fabricating high performance electronic emitters that can be readily embodied in flat panel CRT devices, particularly wide area flat panel CRT displays.

본 발명의 중요한 특징은 본 제조공정중의 임의의 공정에서의 게이트 재료 후보로서 그것을 통해 작고, 일반적으로 서브마이크로미터 개구부를 정확하게 에칭하기 어려운 금속을 포함한다는 것이다. 특히, 게이트 재료가 입자에 걸쳐 침적되는 경우, 게이트 개구부는 게이트 재료 침적동안 침적된 입자의 위치에서 형성된다. 게이트 개구부를 형성하기 위해 에칭을 수행할 필요가 없다. 따라서, 게이트 재료는 에칭하기 어려운 금속이 될 수 있다.An important feature of the present invention is that as a gate material candidate in any of the processes of this fabrication process, it contains a small, generally difficult to etch submicrometer opening accurately. In particular, when the gate material is deposited over the particles, the gate openings are formed at the positions of the particles deposited during the gate material deposition. There is no need to perform etching to form the gate openings. Thus, the gate material can be a metal that is difficult to etch.

일반적 고찰General consideration

본 발명은 게이트 제어된 전계방출 캐소드를 위한 게이트 전극내 개구부를 한정하기 위해 구조체의 표면에 걸쳐 분사된 입자를 이용한다. 본 발명에 따라 제조된 각각의 전계 이미터는 PC, 랩탑 컴퓨터, 또는 워크스테이션을 위한 평면패널 비디오 모니터 또는 평면패널 텔레비젼과 같은 평면패널 장치의 CRT내 화면상에 인광물질 영역을 여기시키는데 적당하다.The present invention utilizes particles injected over the surface of the structure to define the openings in the gate electrode for the gate controlled field emission cathode. Each field emitter made in accordance with the present invention is suitable for excitation of the phosphor area on the screen in the CRT of a flat panel device such as a flat panel video monitor or flat panel television for a PC, laptop computer, or workstation.

본 발명은 게이트 개구부를 한정하는데 있어서 일반적으로 구형인 입자를 이용하는 다수의 다른 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 원추 및 필라멘트와 같은 다양한 모양의 전자방출소자를 생산하기 위해 한정된 게이트 개구부를 이용하는 다양한 방법을 제공한다. 각각의 전자방출소자는 게이트 개구부중의 대응하는 하나를 통해 전자를 방출한다. 입자가 게이트 개구부의 위치를 한정하는한, 입자는 또한 전자방출소자의 위치를 한정한다.The present invention provides a number of other methods that utilize particles that are generally spherical in defining gate openings. The present invention also provides a variety of methods using finite gate openings to produce electron emitting devices of various shapes such as cones and filaments. Each electron-emitting device emits electrons through the corresponding one of the gate openings. As long as the particles define the position of the gate opening, the particles also define the position of the electron-emitting device.

일부 실시예에서, 입자들은 게이트 제어된 전계방출 캐소드를 생성하기 위해 여러 후반 공정 시퀀스중의 임의의 하나에 따라 완료될 수 있는 부분적으로 제공된 구조체내에서 게이트 개구부를 한정하기 위해 여러 후반 공정 시퀀스중의 임의의 하나에 따라 사용될 수 있다. 부분적으로 제공된 구조체는 원추형상 전자방출소자 또는 섬유 모양 전자방출소자중의 하나를 생성하는 경우에 종종 사용될 수 있다. 따라서 본 발명은 여러 착수 제조 시퀀스중의 임의의 하나가 특정 재료의 선택 및 특수한 필요성에 따라 맞춤제작된 전계 이미터를 산출하는 효율적인 전체 전계 이미터 제조 공정을 생성하기 위해 여러 후반 제조 시퀀스중의 임의의 하나와 결합될 수 있는 것에서의 믹스앤매치(mix-and-match)를 제공한다.In some embodiments, particles may be subjected to various late process sequences to define gate openings in partially provided structures that can be completed according to any one of several late process sequences to produce a gate controlled field emission cathode. Can be used according to any one. Partially provided structures can often be used when producing either conical electron emitting devices or fibrous electron emitting devices. Thus, the present invention is directed to any one of several later manufacturing sequences in order to create an efficient overall field emitter manufacturing process in which any one of the various onset manufacturing sequences yields a customized field emitter tailored to the particular material selection and particular needs. It provides a mix-and-match in what can be combined with one of the following.

다음의 설명에서, 용어 "전기적 절연"(또는 "유전체의")은 일반적으로 1010Ω-㎝보다 큰 저항을 갖는 재료에 적용된다. 용어 "전기적 비절연"은 따라서 1010Ω-㎝ 이하의 저항을 갖는 재료를 언급한다. 전기적 비절연 재료는 (a)저항이 1Ω-㎝ 이하인 전기적 도전 재료 및 (b)저항이 1Ω-㎝ 내지 1010Ω-㎝ 범위내에 있는 전기적 저항 재료로 나누어진다. 이러한 범주는 겨우 1V/㎛의 전계에서 결정된다.In the following description, the term "electrical insulation" (or "dielectric") generally applies to materials having a resistance of greater than 10 10 μs-cm. The term "electrically non-insulated" thus refers to a material having a resistance of 10 10 kPa-cm or less. The electrically non-insulating material is divided into (a) an electrically conductive material having a resistance of 1 kV-cm or less, and (b) an electrically resistive material having a resistance of 1 kV-cm to 10 10 kPa-cm. This category is determined at an electric field of only 1V / μm.

전기적 도전 재료(또는 전기도전체)의 예로는 금속물, (금속 규화물과 같은) 금속-반도체 복합물, 및 금속-반도체 공융물이 있다. 전기적 도전 재료는 또한 중간정도 또는 높은 수준으로 도핑된 (n-타입 또는 p-타입) 반도체를 포함한다. 전기적 저항 재료는 고유적으로 약하게 도핑된 (n-타입 또는 p-타입) 반도체를 포함한다. 전기적 저항 재료의 추가적인 예는 (a)도성합금(내장된 금속입자를 갖는 세라믹)과 같은 금속-절연체 합성물, (b)그래파이트, 비결정 탄소, 및 수정된(예를 들어 도핑되거나 레이저 변조된) 다이아몬드와 같은 탄소 형태, 및 (c)규소-탄소-질소와 같은 특정한 규소-탄소 복합물이 있다.Examples of electrically conductive materials (or electroconductors) are metals, metal-semiconductor composites (such as metal silicides), and metal-semiconductor eutectics. Electrically conductive materials also include semiconductors that are moderately or highly doped (n-type or p-type). Electrically resistive materials include inherently weakly doped (n-type or p-type) semiconductors. Additional examples of electrically resistive materials include (a) metal-insulator composites, such as conductive alloys (ceramic with embedded metal particles), (b) graphite, amorphous carbon, and modified (eg doped or laser modulated) diamonds. Carbon forms, and (c) specific silicon-carbon composites, such as silicon-carbon-nitrogen.

상기한 예외 경우를 제외하고, 다음은 본 발명의 제조공정에서 수행된 이방성 에칭에 적용된다. 모든 이방성 에칭은 매우 다방향성이고, 이미터/게이트 전극봉 유전체층의 상측면에 대체로 수직인 방향으로 이온의 움직임의 결과에서 발생된다. 따라서, 대체로 어떠한 언더커팅도 이방성 에칭동안 발생하지 않는다. 모든 이방성 에칭은 예를 들어 플라즈마로, 또는 반응이온 에칭에 따라 수행된 건식 에칭이다.Except for the exceptions mentioned above, the following applies to the anisotropic etching performed in the manufacturing process of the present invention. All anisotropic etchings are very multidirectional and occur as a result of the movement of ions in a direction generally perpendicular to the top side of the emitter / gate electrode dielectric layer. Thus, generally no undercutting occurs during the anisotropic etch. All anisotropic etch are dry etch performed, for example, with plasma or in accordance with reactive ion etching.

전자방출 원추를 이용한 전계 이미터의 제조Fabrication of Field Emitters Using Electron Emission Cones

도면을 참조하면, 도 2a 내지 도 2g(집합적으로 "도 2")는 본 발명의 기술에 따른 원추형상 전자방출소자를 위한 게이트 개구부를 한정하기 위해 구형 입자를 이용하는 게이트 제어된 전계방출 캐소드를 제조하는 공정을 설명하고 있다. 도 2의 제조공정에서, 시작지점은 일반적으로 세라믹 또는 유리로 형성된 전기적 절연기판(40)이 된다. 도 2a를 참조하면, 전계 이미터를 위한 지지를 제공하는 기판(40)은 플레이트로서 구성된다. 평면패널 CRT 표시장치에서, 기판(40)은 적어도 백플레이트 일부를 구성한다.2A-2G (collectively "FIG. 2") illustrate a gate controlled field emission cathode using spherical particles to define a gate opening for a conical electron-emitting device according to the techniques of the present invention. The manufacturing process is explained. In the manufacturing process of Figure 2, the starting point is generally an electrically insulating substrate 40 formed of ceramic or glass. Referring to FIG. 2A, the substrate 40 providing support for the field emitter is configured as a plate. In a flat panel CRT display, the substrate 40 constitutes at least part of the backplate.

아래쪽 전기적 비절연 이미터 영역(42)은 기판(40)의 최상면을 따라 놓여있다. 아래쪽 비절연 영역(42)은 여러 가지 방법으로 구성될 수 있다. 비절연 영역(42)의 적어도 일부는 로우 전극으로 언급되는 한 그룹의 일반적으로 평행한 이미터전극선으로 패턴된다. 비절연 영역(42)이 이러한 방법으로 구성되는 경우, 마지막 전계방출 캐소드는 평면패널 CRT 표시장치내 발광 인광물질소자를 여기시키기에 특히 적절하다. 그래도, 비절연 영역(42)은 다른 패턴으로 배치될 수 있거나 또는 패턴화되지 않을 수도 있다.The lower electrically non-insulating emitter region 42 lies along the top of the substrate 40. The lower non-insulated region 42 can be constructed in a number of ways. At least a portion of the non-insulated region 42 is patterned with a group of generally parallel emitter electrode lines referred to as row electrodes. When the non-isolated region 42 is constructed in this way, the last field emission cathode is particularly suitable for exciting light emitting phosphor elements in flat panel CRT displays. Nevertheless, the non-insulated region 42 may be arranged in a different pattern or may not be patterned.

매우 균질의 전기적 절연층(44)은 구조체의 최상면에 제공된다. 절연층(44)은 일반적으로 규소 산화층으로 구성된다. 대신, 층(44)은 규소 질화층으로 형성될 수 있다. 도 2a에 도시되지 않았지만, 절연층(44)의 아래쪽면은 아래쪽 비절연 영역(42)의 구성에 따라 기판(40)과 접촉할 수도 있다. 절연층(44)의 일부는 후에 이미터/게이트 전극봉 유전체가 된다.A very homogeneous electrically insulating layer 44 is provided on the top of the structure. The insulating layer 44 is generally composed of a silicon oxide layer. Instead, layer 44 may be formed of a silicon nitride layer. Although not shown in FIG. 2A, the bottom surface of the insulating layer 44 may contact the substrate 40 according to the configuration of the bottom non-insulating region 42. Part of the insulating layer 44 later becomes an emitter / gate electrode dielectric.

절연층(44)의 두께는 후에 생성된 전자방출소자가 그 끝이 층(44)의 최상면 위로 약간 확장되는 원추와 같은 형태가 될 정도로 충분히 커야 한다. 각각의 전자방출 원추의 높이는 후술한 바와 같이 그 전자방출 원추를 위한 게이트 개구부를 한정하는데 사용된 구형 입자의 직경에 의해 결정되는 그 기본 직경에 종속된다. 절연층(44)의 두께는 일반적으로 구형 입자 직경의 1-2배가 된다. 절연층 두께에서의 일반적인 범위는 0.1-3㎛이다.The thickness of the insulating layer 44 should be large enough so that the resulting electron-emitting device will be shaped like a cone whose tip extends slightly above the top surface of the layer 44. The height of each electron emitting cone is dependent on its base diameter, which is determined by the diameter of the spherical particles used to define the gate opening for that electron emitting cone, as described below. The thickness of the insulating layer 44 is generally 1-2 times the spherical particle diameter. The general range in the insulation layer thickness is 0.1-3 mu m.

단단한 구형 입자(46)는 도 2b에 도시된 바와 같이 절연층(44)의 최상면에 걸쳐 임의의 방법으로 분사된다. 구형 입자(46)는 일반적으로 폴리스티렌으로 구성된다. 입자(46)를 위한 대안적인 재료로는 유리(예를 들어 규소 산화물), 폴리스티렌 이외의 중합체(예를 들어 유액), 및 알코올, 애시드, 아미드, 및 술폰산염기와 같은 기능적인 기들로 코딩된 중합체가 포함된다.Hard spherical particles 46 are sprayed in any manner over the top surface of insulating layer 44 as shown in FIG. 2B. Spherical particles 46 generally consist of polystyrene. Alternative materials for the particle 46 include glass (eg silicon oxide), polymers other than polystyrene (eg emulsion), and polymers encoded with functional groups such as alcohol, acid, amide, and sulfonate groups. Included.

입자(46)가 폴리스티렌으로 구성되는 경우, 그들은 0.1-3㎛ 범위, 일반적으로 0.3㎛의 평균 직경을 갖는다. 평균 입자 직경에서의 표준편차는 일반적으로 10% 이하, 2%로 매우 작다. 절연층(44)에 걸친 입자(46)의 평균 표면 밀도는 106-1010입자/㎠, 대개 107-109입자/㎠의 범위에 있다. 일반적인 값은 108입자/㎠가 된다. 입자(46)들 사이의 평균 간격은 일반적으로 평균 입자 직경의 2-3배가 된다. 108입자/㎠에서의 0.3㎛에서, 평균 간격은 0.6-0.9㎛ 정도이다.When the particles 46 are composed of polystyrene, they have an average diameter in the range of 0.1-3 μm, generally 0.3 μm. The standard deviation in the average particle diameter is generally very small, less than 10% and 2%. The average surface density of the particles 46 over the insulating layer 44 is in the range of 10 6 -10 10 particles / cm 2, usually 10 7 -10 9 particles / cm 2. Typical values are 10 8 particles / cm 2. The average spacing between the particles 46 is generally 2-3 times the average particle diameter. At 0.3 μm at 10 8 particles / cm 2, the average spacing is on the order of 0.6-0.9 μm.

구형입자(46)는 절연층(44)으로 매우 강하게 부착된다. 반데르발스의 힘은 적어도 부분적으로 부착기법을 제공하는 것으로 믿어지고 있다. 구형체(46)의 일부 또는 모두는 부정적으로 구형(46)이 폴리스티렌으로 구성되는 경우 예를 들어 음으로 충전될 수도 있다. 폴리스티렌 경우에, 각각의 구형체(46)는 일반적으로 적어도 하나의 이중 음극 충전을 포함하고, 각각의 이중 음극충전은 그 구형체(46)로의 카르복실기의 부착에서 발생된다. 초기 구조체(40/42/44)상에서의 반대 극성의 충전은 부착기법을 도울 수도 있다. 임의의 경우에서, 일단 절연층(44)과 부착되면, 입자(46)는 층(44)의 최상면에 걸쳐 용이하게 움직이지 않는다.The spherical particles 46 are very strongly attached to the insulating layer 44. Van der Waals' forces are believed to at least partially provide an attachment technique. Some or all of the spheres 46 may be negatively filled, for example if the spheres 46 are composed of polystyrene. In the polystyrene case, each sphere 46 generally comprises at least one double negative electrode charge, with each double negative electrode charge occurring at the attachment of a carboxyl group to that sphere 46. Filling of reverse polarity on the initial structure 40/42/44 may assist the attachment technique. In any case, once attached with the insulating layer 44, the particles 46 do not move easily over the top surface of the layer 44.

절연층(44)에 걸쳐 구형 입자(46)를 분사하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 하나의 방법에서, 적당히 작은 폴리스티렌 구형체를 포함하는 이온제거된 물은 먼저 비커내 시약등급 알코올과 결합된다. 상기 알코올은 일반적으로 이소프로판올이다. 에탄올은 알코올을 위한 대안적인 후보가 된다.Various methods can be used to spray the spherical particles 46 over the insulating layer 44. In one method, deionized water containing moderately small polystyrene spheres is first combined with reagent grade alcohols in a beaker. The alcohol is generally isopropanol. Ethanol is an alternative candidate for alcohol.

이소프로판올의 경우, 결과물인 이소프로판올/물 용액내 액체는 기본적으로 일반적으로 용량당 99% 이상의 이소프로판올이 된다. 폴리스티렌 구형체는 이소프로판올/물 용액에서 부유된다. 질소는 용액내에서 구형체의 분사가 좀더 균일하게 되도록 하기 위해 용액을 통해 거품을 일으킨다. 대신, 용액은 용액에서의 구형체의 균일성을 개선하기 위해 초음파 동요를 필요로 한다.In the case of isopropanol, the resulting liquid in the isopropanol / water solution is generally at least 99% isopropanol per dose. Polystyrene spheres are suspended in isopropanol / water solution. Nitrogen bubbles through the solution to make the spraying of the spheres more uniform in the solution. Instead, the solution requires ultrasonic fluctuations to improve the uniformity of the spheres in the solution.

일반적으로 원형 웨이퍼의 형태로 제조되는 전반 구조체(40/42/44)에서, 웨이퍼는 회전 챔버내에 위치한다. 웨이퍼가 상기 챔버내에 있는 동안, 부유하는 폴리스티렌 구형체를 포함하는, 제어된 양의 이소프로판올/물 용액은 위쪽 웨이퍼의 표면의 선택된 부분을 덮도록 웨이퍼의 최상면상으로 침적되지만, 웨이퍼의 최상면을 흘려보내지 않는다. 그리고, 웨이퍼는 대부분의 용액을 제거하기 위해 단시간동안 회전된다. 회전 속도는 200-2000rpm이고, 일반적으로 750rpm이다. 회전 시간은 5-120초이고, 일반적으로 20초이다.In the first half structure 40/42/44, which is generally manufactured in the form of a circular wafer, the wafer is located in a rotating chamber. While the wafer is in the chamber, a controlled amount of isopropanol / water solution, including floating polystyrene spheres, is deposited onto the top surface of the wafer to cover selected portions of the surface of the upper wafer, but does not flow over the top surface of the wafer. Do not. The wafer is then rotated for a short time to remove most of the solution. Rotational speed is 200-2000 rpm, generally 750 rpm. Rotation time is 5-120 seconds, generally 20 seconds.

회전하는 동안, 대체로 모든 잔여 이소프로판올/물 용액이 증발되고, 뒤에 폴리스티렌 구형체(46)를 남겨둔다. 만일 임의의 이소프로판올/물 용액이 잔존하는 경우, 웨이퍼는 잔여 이소프로판올/물을 제거하기 위해 건조된다. 건조 작업은 예를 들어 질소분출로 이뤄질 수 있다. 건조 작업이 수행되건 수행되지않건간에, 웨이퍼는 대체로 회전 챔버에서 제거된다. 이러한 방법으로, 도 2b의 구조체가 생산된다.During rotation, almost all residual isopropanol / water solution is evaporated, leaving behind a polystyrene sphere 46. If any isopropanol / water solution remains, the wafer is dried to remove residual isopropanol / water. The drying operation may for example consist of a nitrogen jet. Whether the drying operation is performed or not, the wafer is usually removed from the rotating chamber. In this way, the structure of FIG. 2B is produced.

전기적 비절연 게이트 재료는 절연층(44) 및 구형입자(46)로 침적된다. 게이트 재료 침적은 일반적으로 증발 또는 평행 스퍼터링과 같은 방법을 이용하여 층(44)의 상위면과 대체로 수직인 방향으로 수행된다. 게이트 재료는 비교적 균일한 두께의 전기적 비절연 게이트층(48A)을 형성하기 위해 입자들(46) 사이의 공간에서 층(44)상에 누적된다. 도 2c를 참조하면, 게이트 재료의 일부분(48B)은 입자(46)의 위쪽 반부분(반구체)상에 동시에 누적된다. 게이트 재료는 일반적으로 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 텅스텐 또는 금과 같은 금속이 된다.Electrically non-insulated gate material is deposited into insulating layer 44 and spherical particles 46. Gate material deposition is generally performed in a direction generally perpendicular to the top surface of layer 44 using methods such as evaporation or parallel sputtering. Gate material accumulates on layer 44 in the space between particles 46 to form an electrically non-insulating gate layer 48A of relatively uniform thickness. Referring to FIG. 2C, a portion 48B of the gate material accumulates simultaneously on the upper half (semisphere) of the particle 46. The gate material is generally a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, tungsten or gold.

본 명세서에서 제 1 재료로 언급되는 적절히 에칭가능한 재료는 게이트층(48A) 및 게이트 재료부(48B)에 침적된다. 게이트 재료 침적에서와 같이, 제 1 재료 침적은 다시 증발 또는 평행 스퍼터링과 같은 기법을 이용하여 전극봉 유전체층(44)의 상위면에서 정상적으로 도전된다. 제 1 재료는 도 2c에 도시된 것과 같은 비교적 균일한 두께의 제 1 층(50A)을 형성하기 위해 구형입자들(46) 사이의 간격에서 게이트층(48A)상에 누적된다. 제 1 재료의 일부분(50B)은 구형체(46)상에 위치된 게이트 재료부(48B)상에 동시에 누적된다. 제 1 층(50A)으로의 제 1 재료부(50B) 브리지를 갖는 것을 피하기 위해, 게이트층(48A) 및 제 1 층(50A)의 전체 두께는 구형체(46)의 평균 반지름보다 일반적으로 작다.Appropriately etchable material, referred to herein as the first material, is deposited on the gate layer 48A and the gate material portion 48B. As with gate material deposition, the first material deposition is again normally conducted on the upper surface of electrode dielectric layer 44 using techniques such as evaporation or parallel sputtering. The first material accumulates on the gate layer 48A at intervals between the spherical particles 46 to form a first layer 50A of relatively uniform thickness as shown in FIG. 2C. A portion 50B of the first material accumulates simultaneously on the gate material portion 48B located on the sphere 46. To avoid having the first material portion 50B bridge to the first layer 50A, the overall thickness of the gate layer 48A and the first layer 50A is generally smaller than the average radius of the sphere 46. .

제 1 재료는 일반적으로 규소 질화물, 알루미늄 산화물, 또는/및 규소 산화물과 같은 비유기적 유전체 재료로 구성된다. 제 1 층(50A)은 도 2의 공정, 및 후술된 임의의 공정 변화에서 상승(lift-off)층으로서 후에 사용된다. 후술된 임의의 다른 공정 변화에서, 층(50A)은 상승 기능을 수행하지 않는다. 층(50A)이 상승층으로서 지원하는 경우, 제 1 재료는 대안적으로 알루미늄, 텅스텐, 또는 금과 같은 금속이 될 수 있다. 제 1 재료는 또한 층(50A)이 상승층으로서 기능하는 경우, 마그네슘 플루오르화물, 마그네슘 염화물, 또는 나트륨 염화물과 같은 소금 또는 금속 유전체 혼합물이 될 수 있다.The first material is generally composed of an inorganic dielectric material such as silicon nitride, aluminum oxide, and / or silicon oxide. The first layer 50A is later used as a lift-off layer in the process of FIG. 2 and any process variations described below. In any other process variation described below, layer 50A does not perform a synergistic function. If layer 50A supports as a rising layer, the first material may alternatively be a metal such as aluminum, tungsten, or gold. The first material may also be a salt or metal dielectric mixture, such as magnesium fluoride, magnesium chloride, or sodium chloride, if layer 50A functions as an elevated layer.

이제 구형 입자(46)가 제거된다. 입자(46)의 제거동안, 게이트 재료부(48B) 및 제 1 재료부(50B)는 도 2d에 도시된 구조체를 생산하기 위해 동시에 제거된다. 제 1 개구부(52)는 제거된 입자(46) 위치에서 제 1 층(50A)을 통해 확장된다. 게이트 개구부(54)는 유사하게 제거된 입자(46)의 위치에서 게이트층(48A)을 통해 확장된다. 이러한 방법으로, 입자들(46)은 제 1 개구부(52) 및 게이트 개구부(54) 모두의 위치를 직접적으로 한정한다. 게이트 개구부(54)의 형성이 입자들(46)에 걸친 게이트 재료의 침적동안 발생하고 게이트 재료를 에칭하므로써 완수되지 않기 때문에, 게이트 재료 후보는 후에 전자방출 원추를 노출시키는 작은 개구부, 즉 그 직경이 일반적으로 1㎛이하인 개구부를 정확하게 에칭하기 어려운 금을 포함한다.Spherical particles 46 are now removed. During removal of the particles 46, the gate material portion 48B and the first material portion 50B are simultaneously removed to produce the structure shown in FIG. 2D. The first opening 52 extends through the first layer 50A at the removed particle 46 location. Gate opening 54 extends through gate layer 48A at the location of similarly removed particles 46. In this way, the particles 46 directly define the position of both the first opening 52 and the gate opening 54. Since the formation of the gate opening 54 occurs during the deposition of the gate material over the particles 46 and is not accomplished by etching the gate material, the gate material candidate has a small opening, i.e., its diameter, that later exposes the electron-emitting cone. It typically contains gold that is difficult to etch accurately openings that are less than 1 micron.

각각의 게이트 개구부(54)는 대응하는 제 1 개구부(52)에 수직으로 집중되고, 따라서 수직으로 정렬된다. 제거된 입자들(46)이 구형이기 때문에, 제 1 개구부(52)는 거의 구형이다. 층(48A,50A)을 형성하기 위한 침적이 절연층(44)의 상위면에 대체로 수직으로 수행된 경우에서, 각각의 쌍의 대응하는 개구부(50,52)의 직경은 대략 동일하고, 따라서 대응하는 제거된 구형체(46)의 직경과 거의 동일하다.Each gate opening 54 is vertically concentrated in the corresponding first opening 52 and is thus vertically aligned. Since the removed particles 46 are spherical, the first opening 52 is almost spherical. In the case where deposition for forming the layers 48A, 50A is performed substantially perpendicular to the upper surface of the insulating layer 44, the diameters of the corresponding openings 50, 52 of each pair are approximately the same, and thus corresponding Is approximately equal to the diameter of the spherical body 46 removed.

기계적인 공정은 일반적으로 구형입자(46)를 제거하기 위해 사용된다. 예를 들어, 입자들(46)은 초음파/메가소닉(megasonic) 작동에 의해 제거될 수 있다. 대부분의 구형체(46)는 초음파 부분의 제거작동동안 제거된다. 초음파 작동은 일반적으로 Valtron SP2200 알칼리성 세정제(2-부틸엑시에탄올 및 비이온성 계면활성제)의 작은 용적비(예를 들어 1%)를 갖는 이온제거된 물의 용액기내에 웨이퍼를 위치시키고, 용액기에 초음파 주파수를 받게 하므로써 수행된다. 초음파 작동후에 일반적으로 수행되고, 구형체(46)의 잔여부분을 제거하는 메가소닉 작동은 일반적으로 Valtron 2200 알칼리성 세정제의 작은 용량비(예를 들어 0.5%)를 갖는 이온제거된 물의 또다른 용액기내에 웨이퍼를 위치시키고, 용액기에 초음파 주파수를 받는 단계를 수반한다.Mechanical processes are generally used to remove spherical particles 46. For example, particles 46 may be removed by ultrasonic / megasonic operation. Most of the spheres 46 are removed during the removal operation of the ultrasonic portion. Ultrasonic operation generally involves placing a wafer in a solution of deionized water with a small volume ratio (eg 1%) of Valtron SP2200 alkaline cleaners (2-butylexethanol and nonionic surfactant), and placing the ultrasonic frequency in the solution. It is done by receiving it. The megasonic operation, which is generally performed after the ultrasonication operation and removes the remainder of the spherical body 46, is generally carried out in another solution of deionized water having a small volume ratio (eg 0.5%) of the Valtron 2200 alkaline cleaner. Positioning the wafer and subjecting the solution to ultrasonic frequencies.

입자들(46)상의 전하를 중립시키는 세정제는 메가소닉 및 초음파 작동을 모두 하는 동안 Valtron 2200 세정제 대신 사용될 수 있다. 전하중립 세정제는 일반적으로 이온 계면활성제를 포함한다. 고압수 분출은 대신 구형체(46)를 제거하기 위해 사용될 수 있다.A neutral charge cleaner on the particles 46 may be used in place of the Valtron 2200 cleaner during both megasonic and ultrasonic operation. Charge neutral detergents generally include ionic surfactants. High pressure water jets may instead be used to remove the spheres 46.

에칭 마스크로서 제 1 층(50A)을 이용하여, 절연층(44)은 아래쪽 비절연 이미터 영역(42) 아래로 층(44)을 통해 대응하는 유전체 개구부(또는 유전채 개구공간)(56)을 형성하기 위해 게이트 개구부(54) 및 제 1 개구부를 통해 에칭된다. 아이템(44A)이 절연층(44)의 잔여부분인 도 2e를 참조한다. 제 1 층(50A)이 유전체 개구부(56)를 형성하기 위해 사용된 에칭재료에 의해 약하게 침해될 수 있는 반면, 침해된 양은 제 1 개구부(52)의 모양 또는 크기에 현저하게 영향을 미칠정도로 크지는 않다. 따라서, 각각의 제 1 개구부(52)는 그것이 대응하는 게이트 개구부(54)와 약간 다른 직경을 갖더라도 대체로 원형으로 유지된다.Using first layer 50A as an etch mask, insulating layer 44 passes through corresponding layer of dielectric openings (or dielectric aperture openings) 56 through layer 44 below lower non-insulating emitter regions 42. It is etched through the gate opening 54 and the first opening to form a. See FIG. 2E where item 44A is the remainder of insulating layer 44. While the first layer 50A may be slightly impeded by the etching material used to form the dielectric openings 56, the impaired amount is not large enough to significantly affect the shape or size of the first openings 52. Is not. Thus, each first opening 52 remains generally circular, although it has a slightly different diameter than the corresponding gate opening 54.

유전체 개구부 공간(56)을 생성하기 위한 전극봉 유전체 에칭은 유전체 개구부(56)가 게이트층(48A)을 일부 밑을 도려내는 방법으로 수행된다. 도려내진 양은 유전체 개구부(56)의 측벽(또는 측단부)상에 누적된 이미터 원추 재료가 후에 침적되는 것을 피하고, 전자방출소자와 게이트층(48A) 사이에 전기누출경로를 제공하기에 충분하도록 선택된다.Electrode dielectric etching to create the dielectric opening space 56 is performed in such a way that the dielectric opening 56 cuts out a portion of the gate layer 48A. The cut out amount is sufficient to avoid depositing later on the emitter cone material accumulated on the sidewall (or side end) of the dielectric opening 56 and to provide an electrical leakage path between the electron-emitting device and the gate layer 48A. Is selected.

전극봉 유전체 에칭은 다음과 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다:하부절단 에칭, 숩식, 건식에 따라 (a)하나 또는 그 이상의 화학에칭재료를 이용하는 등방성 습식 에칭, (b)하부절단(및 따라서 전체적으로 이방성이 아닌) 건식 에칭, 및 (c)비-하부절단 (전체적으로 이방성인) 건식 에칭. 절연층(44) 및 제 1 층(50A)이 각각 규소 산화물 및 규소 질화물로 구성되는 경우, 에칭은 대개 두 단계로 수행된다. 이방성 플라즈마 에칭은 초기 개구부가 넓혀지고 유전체 개구부(56)를 형성하기 위해 등방성 습식 에칭이 완충물이 되는 불화수소산으로 수행된 후에 대체로 절연층(44)을 통해 수직 개구부를 생성하기 위해 탄소 테트라플루오르화물으로 수행된다.The electrode dielectric etch can be performed in a variety of ways, including: undercut etching, wet and dry, (a) isotropic wet etching using one or more chemical etching materials, and (b) undercutting (and thus overall anisotropy). Dry etching, and (c) non-subcutaneous (overall anisotropic) dry etching. When the insulating layer 44 and the first layer 50A are each composed of silicon oxide and silicon nitride, etching is usually performed in two steps. Anisotropic plasma etching is generally performed with carbon tetrafluoride to create vertical openings through insulating layer 44 after an isotropic wet etching is performed with hydrofluoric acid to buffer the initial openings and to form dielectric openings 56. Is performed.

전기적 비절연 이미터 원추 재료는 절연층(44A)의 상측면에 일반적으로 수직인 방향으로 구조체의 최상부상에 증발에 의해 침적된다. 이미터 원추 재료는 제 1 층(50A)에 누적되고, 유전체 개구 공간(56)에서 아래쪽 비절연 영역(42)상에 누적되도록 게이트 개구부(54)를 통해 통과한다. 제 1 층(50A)상의 원추재료의 누적으로 인해, 원추재료가 개구 공간(56)에 들어가는 개구부는 점진적으로 근접한다. 결과적으로, 원추 재교는 도 2f에 도시된 것과 같은 대응하는 원추형 전자방출소자(58A)를 형성하기 위해 유전체 개구공간(56)내에 누적된다. 원추재료의 연속층(58B)은 제 1 층(50A)상에 동시에 형성된다. 원추재료는 일반적으로 몰리브덴, 니켈, 크롬, 또는 니오븀과 같은 금속, 또는 티타늄 탄화물과 같은 내화성 금속탄화물이다.Electrically non-insulating emitter cone material is deposited by evaporation on top of the structure in a direction generally perpendicular to the top surface of insulating layer 44A. The emitter cone material accumulates in the first layer 50A and passes through the gate opening 54 to accumulate on the lower non-insulating region 42 in the dielectric opening space 56. Due to the accumulation of the cone material on the first layer 50A, the opening through which the cone material enters the opening space 56 is gradually approached. As a result, cone bridges accumulate in the dielectric aperture space 56 to form the corresponding conical electron-emitting devices 58A as shown in FIG. 2F. A continuous layer 58B of conical material is formed simultaneously on the first layer 50A. Cone materials are generally metals such as molybdenum, nickel, chromium, or niobium, or refractory metal carbides such as titanium carbide.

이제 제 1 층(50A)은 적당한 에칭재료로 제거된다. 층(50A)의 제거동안, 초과 원추 재료층(58B)은 동시에 상승된다. 도 2는 결과적인 전자 이미터를 나타낸다. 원추재료 침적이 일반적으로 절연층(44A)에 수직으로 수행되었기 때문에, 각각의 전자방출 원추(58A)는 대응하는 제 1 개구부(52) 및 대응하는 게이트 개구부(54)상에 수직으로 집중된다.The first layer 50A is now removed with a suitable etching material. During removal of layer 50A, excess cone material layer 58B is raised at the same time. 2 shows the resulting electron emitter. Since conical material deposition was generally performed perpendicular to the insulating layer 44A, each electron emitting cone 58A is concentrated vertically on the corresponding first opening 52 and the corresponding gate opening 54.

게이트층(48A)은 아래쪽 비절연 영역(42)의 이미터 로우 전극에 수직인 게이트선 실행부 그룹으로 패턴될 수 있다. 그러면 게이트선은 컬럼 전극과 같이 지원한다. 게이트층(48A)에 적용되는 적당한 패터닝으로, 도 2g의 전계 이미터는 게이트층(48A)과 접촉하고 로우 전극에 수직으로 실행되는 분리된 컬럼 전극이 대안적으로 제공될 수 있다. 포함되는 경우, 이러한 게이트 패터닝 및 분리된 컬럼전극 형성은 일반적으로 유전체 개구부(56)를 형성하기 위해 절연층(44)을 에칭하기전에 수행되지만, 공정중에 후반 단계에서 수행될 수 있다.The gate layer 48A may be patterned into a group of gate line implementations perpendicular to the emitter row electrodes of the lower non-insulated region 42. The gate line is then supported together with the column electrode. With suitable patterning applied to gate layer 48A, the field emitter of FIG. 2G may alternatively be provided with a separate column electrode that contacts gate layer 48A and runs perpendicular to the row electrode. If included, such gate patterning and separated column electrode formation are generally performed prior to etching the insulating layer 44 to form the dielectric opening 56, but may be performed in a later step in the process.

절연층(44)의 최상부에 걸쳐 분사된 구형 입자(46)로 게이트 개구부를 한정하는 대신, 게이트 개구부는 게이트읓에 걸쳐 분사된 구형입자에 의해 한정될 수 있다. 그렇게 하는 것이 게이트층 두께상의 입자 직경에 의해 강제된 상기 구속을 완화시키는 것을 돕는다.Instead of limiting the gate opening to spherical particles 46 sprayed over the top of the insulating layer 44, the gate openings may be defined by spherical particles sprayed over the gate 읓. Doing so helps to relieve the constraints imposed by the particle diameter on the gate layer thickness.

도 3은 구형입자가 원추형 전자방출소자를 갖는 게이트 제어된 전계방출 캐소드를 생산하기 위해 본 발명에 따라 사용되는 공정의 한 실시예를 나타내고 있다. 도 3의 공정에서, 기판(40), 아래쪽 비절연 영역(42), 및 절연층(44)으로 구성되는 초기 구조체는 대체로 도 2의 공정에서와 동일한 방법으로 형성된다. 도 2a를 반복하는 도 3a는 도 3의 공정에서 초기 구조체(40/42/44)를 설명하고 있다.3 shows one embodiment of a process in which spherical particles are used in accordance with the present invention to produce a gate controlled field emission cathode having a conical electron-emitting device. In the process of FIG. 3, an initial structure consisting of the substrate 40, the bottom non-insulating region 42, and the insulating layer 44 is formed in the same manner as in the process of FIG. 2. 3A, which repeats FIG. 2A, illustrates the initial structure 40/42/44 in the process of FIG.

전기적 비절연 게이트 재료는 비교적 균일한 두께의 전기적 비절연 게이트층(60)을 형성하기 위해 절연층(44)상에 침적된다. 도 3b를 참조한다. 도 3의 공정에서의 게이트 재료는 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 또는 텅스텐과 같은 금속이 일반적으로 사용된다. 게이트 금속침적은 증발, 스퍼터링, 및 "CVD(chemical vapor deposition)"과 같은 다수의 침적 방법중의 하나에 따라 수행될 수 있다. 도 2의 공정과 대조적으로, 도 3의 공정에서의 게이트 재료 침적은 전극봉 유전체층(44)의 상위면에 대체로 수직으로 수행될 필요가 없다. 후술되는 이유로, 도 3의 공정에서 주어진 구형체 직경에서 게이트층(60)은 도 2의 공정의 게이트층(48A)의 최대 허용가능한 두께보다 더 두꺼울 수 있다.Electrically non-insulated gate material is deposited on insulating layer 44 to form electrically non-insulating gate layer 60 of relatively uniform thickness. See FIG. 3B. As the gate material in the process of Figure 3, a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, or tungsten is generally used. Gate metal deposition can be performed according to one of a number of deposition methods, such as evaporation, sputtering, and “chemical vapor deposition” (CVD). In contrast to the process of FIG. 2, the deposition of the gate material in the process of FIG. 3 need not be performed generally perpendicular to the top surface of the electrode dielectric layer 44. For reasons described below, at a spherical diameter given in the process of FIG. 3, gate layer 60 may be thicker than the maximum allowable thickness of gate layer 48A of the process of FIG. 2.

단단한 구형입자(46)는 도 3c에 도시된 바와 같은 게이트층(60)의 최상부에 걸쳐 분사된다. 일반적으로 구형입자(46)는 다시 폴리스티렌으로 구성된다. 입자 분사단계는 일반적으로 도 2의 공정에서와 동일한 방법으로 수행된다. 입자(46)의 분사는 게이트층(60)의 최상부에 걸쳐 임의적이다. 도 3의 공정에서 구형체(46)는 일반적으로 도 2의 공정에서와 같이, 평균 직경 및 평균 직경을 갖는 표준편차를 포함하는 동일한 특성을 갖는다.Hard spherical particles 46 are sprayed over the top of the gate layer 60 as shown in FIG. 3C. In general, the spherical particles 46 are composed of polystyrene again. The particle spraying step is generally carried out in the same manner as in the process of FIG. Injection of particles 46 is optional over the top of gate layer 60. The spheres 46 in the process of FIG. 3 generally have the same characteristics, including the standard diameter with average diameter and average diameter, as in the process of FIG.

제 1 재료로 다시 언급된, 적당히 에칭가능한 재료는 게이트층(60) 및 구형입자(46)상에 침적된다. 도 3의 공정에서 제 1 재료 침적은 증발 또는 평행 스퍼터링과 같은 방법을 이용하여 전극봉 유전체(44)의 상위면에 대체로 수직인 방향으로 수행된다. 도 2의 방법과 유사하게, 도 3의 방법에서의 제 1 재료는 비교적 균일한 두께의 제 1 층(62A)을 형성하기 위해 입자들(46) 사이의 공간에서 게이트층(60)에 누적된다. 도 3d를 참조한다. 제 1 층(62A)은 후에 도 3의 공정에서 상승층으로서 지원한다. 제 1 재료의 일부분(62B)은 구형체(46)의 위쪽 반부분상에 동시에 누적된다.A suitably etchable material, again referred to as the first material, is deposited on the gate layer 60 and the spherical particles 46. In the process of FIG. 3, the first material deposition is performed in a direction generally perpendicular to the upper surface of the electrode dielectric 44 using a method such as evaporation or parallel sputtering. Similar to the method of FIG. 2, the first material in the method of FIG. 3 accumulates in the gate layer 60 in the space between the particles 46 to form a first layer 62A of relatively uniform thickness. . See FIG. 3D. The first layer 62A is later supported as a rising layer in the process of FIG. A portion 62B of the first material accumulates simultaneously on the upper half of the sphere 46.

도 2의 공정에서와 같이, 본 명세서에서 제 1 재료는 일반적으로 규소 질화물, 알루미늄 산화물, 및/또는 규소 산화물과 같은 비유기적 유전체 재료로 구성된다. 유사하게, 제 1 층(62A)이 상승 기능을 수행하는 경우, 제 1 재료는 (a) 알루미늄과 같은 금속, (b) 금속/유전체 복합물, 또는 (c) 마그네슘 플루오르화염, 마그네슘 염화물, 또는 나트륨 염화물과 같은 소금이 될 수 있다.As in the process of FIG. 2, the first material herein generally consists of an inorganic dielectric material such as silicon nitride, aluminum oxide, and / or silicon oxide. Similarly, when the first layer 62A performs a synergistic function, the first material may be either (a) a metal such as aluminum, (b) a metal / dielectric composite, or (c) magnesium fluoride, magnesium chloride, or sodium It can be salt, such as chloride.

제 1 재료부(62B)가 제 1 층(62A)으로 브리지되는 것을 막기 위해, 제 1 층(62A)의 두께는 일반적으로 구형체(46)의 평균 반지름보다 작다. 게이트층(48A) 및 제 1 층(50A)의 전체 결합된 두께가 일반적으로 원치않는 브리지화를 막기 위해 구형체(46)의 평균 반지름보다 작아야하는 도 2의 공정과 비교하면, 원치않는 브리지화를 피하는 것은 도 2의 공정에서보다 도 3의 공정에서의 게이트층 두께상에서 덜 구속한다. 이것은 특히 제 1 층(62A)으로의 게이트층(60)의 선택적인 에칭이 에칭 마스크로서 층(62A)을 이용하는 층(60)을 통해 게이트 개구부를 형성하기 위해 후술된 에칭동안 높은 경우(즉, 층(60)이 층(62A)보다 훨씬 더 에칭되는 경우) 더 그러하다. 주어진 구형 직경에서, 게이트층(60)은 따라서 게이트층(48A)보다 더 두꺼울 수 있다.In order to prevent the first material portion 62B from being bridged to the first layer 62A, the thickness of the first layer 62A is generally less than the average radius of the sphere 46. Compared to the process of FIG. 2, the overall combined thickness of gate layer 48A and first layer 50A should generally be less than the average radius of spherical body 46 to prevent unwanted bridging. Avoiding is less constrained on the gate layer thickness in the process of FIG. 3 than in the process of FIG. This is particularly the case when the selective etching of the gate layer 60 to the first layer 62A is high during the etching described below to form the gate opening through the layer 60 using the layer 62A as an etching mask. More so when layer 60 is etched much more than layer 62A). For a given spherical diameter, gate layer 60 may thus be thicker than gate layer 48A.

사실, 도 3의 공정에서 게이트층(60)은 도 2의 공정에서의 게이트층(48A)보다 상당히 더 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 게이트층(60A)의 두께는 구형체(46)의 평균 반지름, 평균 직경을 초과할 수 있다. 도 2 및 도 3의 전체 제조공정의 비교심사가 나타내는 바와 같이, 도 3의 방법은 도 2의 방법보다 약간의 추가 공정을 필요로 한다. 요컨대, 도 2의 방법과 비교하면, 도 3의 방법은 작은 양의 추가 제조공정을 위한 교환에서 게이트층 두께상의 구속을 현저하게 완화시킨다.In fact, the gate layer 60 in the process of FIG. 3 may be significantly thicker than the gate layer 48A in the process of FIG. For example, the thickness of the gate layer 60A may exceed the average radius, average diameter of the spheres 46. As the comparative examination of the entire manufacturing process of FIGS. 2 and 3 shows, the method of FIG. 3 requires some additional steps than the method of FIG. In short, compared to the method of FIG. 2, the method of FIG. 3 significantly mitigates the constraint on the gate layer thickness in exchange for a small amount of further fabrication.

도 3의 공정으로 돌아가면, 이제 구형입자(46)는 일반적으로 도 2의 공정에서와 동일한 방법으로 제거된다. 구형체 제거동안, 제 1 재료부(62B)는 도 3e의 구성체를 생산하기 위해 동시에 제거된다. 제 1 개구부(64)는 제거된 입자들(46)의 위치에서 제 1 층(62A)을 통해 확장된다. 입자들(46)이 구형이기 때문에, 제 1 개구부(64)는 거의 원형이다. 또한, 각각의 제 1 개구부(64)의 직경은 대응하는 제거된 구형체(46)의 직경과 거의 동일하다.Returning to the process of FIG. 3, the spherical particles 46 are now removed in the same manner as in the process of FIG. 2. During spherical removal, the first material portion 62B is simultaneously removed to produce the construct of FIG. 3E. The first opening 64 extends through the first layer 62A at the location of the removed particles 46. Since the particles 46 are spherical, the first opening 64 is nearly circular. In addition, the diameter of each first opening 64 is approximately equal to the diameter of the corresponding removed sphere 46.

에칭 마스크로서 제 1 층(62A)를 이용하면, 게이트층(60)은 절연층(44) 아래로 게이트층(60)을 통해 대응하는 게이트 개구부(66)를 형성하기 위해 제 1 개구부(64)를 통해 에칭된다. 도 3f를 참조한다. 아이템(60A)은 게이트층(60)의 잔여부분이다.Using the first layer 62A as an etch mask, the gate layer 60 is formed through the first opening 64 to form a corresponding gate opening 66 through the gate layer 60 under the insulating layer 44. Is etched through. See FIG. 3F. Item 60A is the remainder of gate layer 60.

게이트 개구부(66)을 생성하기 위해 에칭하는 것은 이방성으로 수행된다. 각각의 게이트 개구부(66)의 직경은 대체로 대응하는 제 1 개구부(64)의 직경과 동일하다. 대신, 게이트 개구부 에칭은 게이트 개구부(66)가 개구부(66)에 따른 게이트층(60A)의 측단부상의 이미터 원추 재료 누적이 후에 침적되는 것을 막기에 충분하게 제 1 층(62A)의 하부를 절단하는 그러한 방법으로 수행될 수 있다. 도 3f는 대응하는 제 1 개구부(64)의 직경보다 각각의 게이트 개구부(66)의 직경이 더 큰 하부절단 실시예를 설명하고 있다.Etching to create the gate opening 66 is performed anisotropically. The diameter of each gate opening 66 is approximately equal to the diameter of the corresponding first opening 64. Instead, the gate opening etch is sufficient to prevent the gate opening 66 from fully depositing the bottom of the first layer 62A to prevent subsequent deposition of emitter cone material on the side end of the gate layer 60A along the opening 66. Cutting may be performed in such a way. 3F illustrates a bottom cutting embodiment in which the diameter of each gate opening 66 is larger than the diameter of the corresponding first opening 64.

게이트 개구부 에칭이 수행되는 방법을 고려하지 않고, 각각의 게이트 개구부(66)는 대응하는 제 1 개구부(64)에 수직으로 집중되어 수직으로 정렬된다. 제 1 개구부(64)가 제거된 구형체(46)의 위치에 위치되기 때문에, 입자들(46)은 제 1 개구부(64)뿐만 아니라 게이트 개구부(66)의 위치를 한정한다. 제 1 개구부(64)가 원형이기 때문에, 게이트 개구부(66)는 또한 거의 원형이다.Without considering how the gate opening etch is performed, each gate opening 66 is vertically aligned and vertically aligned with a corresponding first opening 64. Since the first opening 64 is located at the location of the removed spherical body 46, the particles 46 define the location of the gate opening 66 as well as the first opening 64. Since the first opening 64 is circular, the gate opening 66 is also nearly circular.

도 3의 공정은 이제 도 2의 공정과 거의 동일한 방법으로 완료된다. 에칭 마스크로서 제 1 층(62A)을 이용하면, 절연층(44)은 아래쪽 비절연 영역(42) 아래로 층(44)을 통해 대응하는 유전체 개구부(또는 유전채 개구공간)(56)을 형성하기 위해 게이트 개구부(64,66)를 통해 에칭된다. 아이템(44B)이 절연층(44)의 잔여부분인 도 3g를 참조한다. 유전체 개구공간(68)은 유전체 개구부(68)의 측벽상의 이미터 원추재료 누적이 후에 침적되는 것을 충분히 피하고, 전자방출소자와 게이트층(60A)을 단락시키기 위해 층(60A,62A)을 하부절단한다. 유전체 개구부 공간(56)을 생성하기 위한 에칭은 도 2의 공정에서의 전극봉 유전체 에칭에서 상기한 방법중 임의의 방법으로 수행될 수 있다.The process of FIG. 3 is now completed in much the same way as the process of FIG. Using first layer 62A as an etch mask, insulating layer 44 forms a corresponding dielectric opening (or dielectric aperture opening) 56 through layer 44 below lower non-insulating region 42. To be etched through the gate openings 64 and 66 for the purpose. Reference is made to FIG. 3G where item 44B is the remainder of insulating layer 44. The dielectric aperture 68 is sufficient to avoid subsequent deposition of emitter cone material on the sidewalls of the dielectric aperture 68 and to undercut the layers 60A and 62A to short the electron emitting device and gate layer 60A. do. Etching to create dielectric opening space 56 may be performed by any of the methods described above in electrode dielectric etching in the process of FIG. 2.

전기적 비절연 이미터 원추재료는 절연층(44B)의 상위면에 일반적으로 수직인 방향으로 구조체의 상위면상에 증발적으로 침적된다. 이미터 원추재료는 다시 몰리브덴, 니켈, 크롬, 또는 니오븀과 같은 금속 또는 티타늄 탄화물과 같은 내화성 금속탄화물이 된다.The electrically non-insulating emitter cone material is evaporatively deposited on the upper surface of the structure in a direction generally perpendicular to the upper surface of the insulating layer 44B. The emitter cone is again a metal such as molybdenum, nickel, chromium, or niobium or a refractory metal carbide such as titanium carbide.

원추재료는 제 1 층(62A)상에 누적되고, 유전체 개구공간(68)에서 아래쪽 비절연영역(42)상에 누적하기 위해 개구부(64,66)를 통해 통과한다. 도 2의 공정과 유사하게, 원추재료가 개구공간(68)에 들어가는 개구부는 원추재료 침적 코스동안 점진적으로 근접한다. 상기 침적은 이들 개구부가 완전히 근접할 때까지 유사하게 수행된다. 결과적으로, 원추재료는 도 3h에 도시된 바와 같이 대응하는 원추형 전자방출소자(70A)를 형성하기 위해 개구공간(68)에 누적된다. 원추재료의 연속층(70B)은 동시에 제 1 층(60A)상에서 형성된다.Conical material accumulates on the first layer 62A and passes through the openings 64 and 66 to accumulate on the lower non-insulating region 42 in the dielectric aperture space 68. Similar to the process of FIG. 2, the opening into which the conical material enters the opening space 68 is gradually approached during the conical material deposition course. The deposition is similarly performed until these openings are completely close. As a result, the cone material accumulates in the opening space 68 to form the corresponding conical electron-emitting device 70A as shown in FIG. 3H. A continuous layer 70B of cone material is formed on the first layer 60A at the same time.

제 1 층(62A)은 제거된다. 그 제거동안, 초과 원추재료층(70B)이 상승된다. 결과적인 전자 이미터가 도 3i에 묘사되어 있다. 원추재료 침적이 일반적으로 절연층(44B)에 수직으로 수행되었다는 사실의 견지에서, 각각의 원추형 전자방출소자(70A)는 대응하는 제 1 개구부(64) 및 개응하는 게이트 개구부(66)상으로 수직으로 집중된다.The first layer 62A is removed. During its removal, the excess cone material layer 70B is raised. The resulting electron emitter is depicted in FIG. 3I. In view of the fact that conical material deposition is generally performed perpendicular to the insulating layer 44B, each conical electron-emitting device 70A is perpendicular to the corresponding first opening 64 and the corresponding gate opening 66. Is concentrated.

게이트층(60A)을 아래쪽 비절연 영역(42)의 이미터 로우 전극에 수직으로 실행하는 컬럼 전극으로 패터닝하는 것은 게이트층(48A)이 도 2의 방법으로 패턴되는 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 유사하게, 게이트층(60A)에 적용되는 적당한 패터닝으로, 도 3i의 전계 이미터는 게이트층(60A)의 부분과 접촉하고 로우 전극에 수직으로 실행하는 분리 컬럼 전극이 대안적으로 제공될 수 있다.Patterning the gate layer 60A into a column electrode that runs perpendicular to the emitter row electrode of the lower non-insulating region 42 may be performed in the same way that the gate layer 48A is patterned in the method of FIG. Similarly, with suitable patterning applied to gate layer 60A, the field emitter of FIG. 3I may alternatively be provided with a separate column electrode that contacts a portion of gate layer 60A and runs perpendicular to the row electrode.

도 2 및 도 3의 공정에 대한 대안으로서, 게이트 개구부는 게이트층에 걸쳐 형성된, 제 1 층으로 언급되는 층에 걸쳐 분사된 구형입자에 의해 한정될 수 있다. 이러한 경우, 제 1 층의 두께에 구형체 직경에 의해 강제된 구속은 게이트층의 두께에 구형체 직경에 의해 강제된 두께 구속에 따라, 대체로 약화된다.As an alternative to the process of FIGS. 2 and 3, the gate opening may be defined by spherical particles sprayed over the layer, referred to as the first layer, formed over the gate layer. In this case, the constraints imposed by the sphere diameter on the thickness of the first layer are generally weakened, depending on the thickness constraints imposed by the sphere diameter on the thickness of the gate layer.

도 4a 내지 도 4f 및 도 4g의 (1) 또는 도 4g의 (2)(집합적으로 "도 4")는 제 1 층상에 침적된 구형입자가 본 발명에 따라 게이트 개구부를 한정하는데 사용되는 게이트 제어된 전계방출 캐소드를 제조하기 위한 공정의 전반 일부를 설명하고 있다. 원추형 전자방출소자에 전계 이미터를 제공하기 위해, 도 4의 공정은 도 2d 내지 도 2g의 후반단계 또는 도 3f 내지 도 3i의 후반단계에 의해 본 발명에 따라 완료될 수 있다.4A-4F and 4G (1) or 4G (2) (collectively "FIG. 4"), a gate in which spherical particles deposited on a first layer are used to define a gate opening in accordance with the present invention. A first part of the process for making a controlled field emission cathode is described. In order to provide a field emitter to the conical electron-emitting device, the process of FIG. 4 can be completed in accordance with the present invention by the latter step of FIGS. 2D-2G or the latter step of FIGS. 3F-3I.

도 4의 공정에서, 기판(40), 아래쪽 비절연 영역(42), 및 절연층(44)으로 구성되는 초기 구조체는 대개 상기한 방법으로 형성된다. 도 2a를 반복하는 도 4a를 참조한다.In the process of FIG. 4, an initial structure consisting of the substrate 40, the bottom non-insulating region 42, and the insulating layer 44 is usually formed in the manner described above. See FIG. 4A, which repeats FIG. 2A.

도 4b를 참조하면, 전기적 비절연 게이트층(60)은 도 3의 방법에서 상기한 침적법중의 임의의 하나의 방법에 따라 절연층(44)상에 형성된다. 주어진 구형체 직경에서, 게이트층(60)은 도 2의 방법에서 게이트층(48A)보다 더 두꺼울 수 있다. 유사하게, 게이트층(60)은 일반적으로 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 또는 텅스텐과 같은 금속이 된다.4B, an electrically non-insulated gate layer 60 is formed on the insulating layer 44 according to any one of the deposition methods described above in the method of FIG. For a given sphere diameter, gate layer 60 may be thicker than gate layer 48A in the method of FIG. Similarly, gate layer 60 is generally of a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, or tungsten.

제 1 재료로서 언급된 적당힌 에칭가능한 재료는 비교적 균일한 두께의 제 1 층(72)을 형성하기 위해 게이트층(60)상에 침적된다. 도 4의 전반 공정 시퀀스가 도 2d-2g 또는 도 3f-3i의 후반단계와 결합되는 경우, 제 1 층(72)은 상승층으로서 후에 사용된다. 제 1 재료를 위한 후보는 도 3의 공정을 위해 상기에서 주어진 제 1 재료 후보로 구성된다.A suitable etchable material, referred to as the first material, is deposited on the gate layer 60 to form a first layer 72 of relatively uniform thickness. When the first half process sequence of FIG. 4 is combined with the latter stages of FIGS. 2D-2G or 3F-3I, the first layer 72 is later used as the rising layer. The candidate for the first material consists of the first material candidate given above for the process of FIG. 3.

도 4의 전반 시퀀스에서 제 1 재료 침적은 스퍼터링, 증발법, CVD, (제 1 층(72)이 전기화학적으로 침적가능할 때 제공되는) 전기화학침적, 회전, 및 스크린 인쇄와 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 도 2 및 도 3의 공정과 대조적으로, 도 4의 공정에서의 제 1 재료침적은 절연층(44)의 상위면에 대체로 수직인 방향으로 수행될 필요가 없다. 후술된 이유로, 주어진 구형체 직경에서, 제 1 층(72)은 도 2 및 도 3의 방법에서의 제 1 층(50A,62A)중의 하나보다 더 두꺼울 수 있다. 이것은 특히, 예를 들어 증가된 제 1 층의 두께가 절연층(44)내 융기와 같은 요인에 의해 발생된 게이트층(60)내 융기를 덮기 위해 필요로 된다.The first material deposition in the first half sequence of FIG. 4 is performed by various methods such as sputtering, evaporation, CVD, electrochemical deposition (provided when the first layer 72 is electrochemically depositable), rotation, and screen printing. Can be. In contrast to the process of FIGS. 2 and 3, the first material deposition in the process of FIG. 4 need not be performed in a direction generally perpendicular to the upper surface of the insulating layer 44. For the reasons described below, at a given sphere diameter, the first layer 72 may be thicker than one of the first layers 50A, 62A in the method of FIGS. 2 and 3. This is particularly necessary for the increased thickness of the first layer to cover the bumps in the gate layer 60 caused by factors such as the bumps in the insulating layer 44, for example.

단단한 구형입자(46)는 도 4c에 도시된 바와 같이 제 1 층(72)의 최상부에 걸쳐 분사된다. 입자분사단계는 일반적으로 상기한 방법으로 수행된다. 따라서 구형체(46)의 분사는 제 1 층(72)의 최상부에 걸쳐 임의적이다. 입자(46)는 일반적으로 폴리스티렌으로 구성되고, 상기한 다른 특성을 갖는다.Hard spherical particles 46 are sprayed over the top of the first layer 72 as shown in FIG. 4C. The particle spraying step is generally carried out in the manner described above. The spraying of the spheres 46 is thus optional over the top of the first layer 72. Particles 46 generally consist of polystyrene and have the other properties described above.

적당히 에칭가능한 추가 재료는 제 1 층(72) 및 구형입자(46)에 침적된다. 추가 재료의 침적은 증발 또는 평행 스퍼터링과 같은 방법을 이용하여 절연층(44)의 상위면에 대체로 수직인 방향으로 수행된다. 추가 재료는 추가층(74A)을 형성하기 위해 입자들(46) 사이의 공간에서 누적된다. 도 4d를 참조한다. 추가 재료의 일부분(74B)은 구형체(46)의 위쪽 반부분에 동시에 누적된다.Appropriately etchable additional material is deposited in the first layer 72 and the spherical particles 46. Deposition of additional material is performed in a direction generally perpendicular to the upper surface of the insulating layer 44 using methods such as evaporation or parallel sputtering. Additional material accumulates in the spaces between the particles 46 to form the additional layer 74A. See FIG. 4D. Portions 74B of additional material accumulate simultaneously in the upper half of the sphere 46.

추가 재료부(74B)가 추가층(74A)으로 브리지하는 것을 막기위해, 추가층(74A)의 두께는 일반적으로 평균 구형체 반지름보다 작다. 그러나, 구형체(46)의 표면에 따른 원치않는 브리지화를 막는 것은 도 2 및 도 3의 공정에서보다 도 4의 공정 시퀀스에서의 제 1 층 두께상으로 덜 구속한다. 이것은 특히 추가층(74A)으로의 제 1 층(72)의 에칭 선택도가 에칭 마스크로서 추가층(74A)을 이용하는 층(72)을 통해 제 1 개구부를 형성하기 위해 후술된 에칭동안 높은 경우(즉, 층(72)이 층(74A)보다 훨씬 더 에칭되는 경우) 더 그러하다. 주어진 구형 직경에서, 제 1 층(72)은 따라서 도 3의 공정에서의 제 1 층(62A) 또는 도 2의 공정에서의 제 1 층(50A)보다 더 두꺼울 수 있다. 유사하게, 그러한 원치않는 브리지화를 피해야하는 필요성은 도 2 또는 도 3의 공정에서보다 도 4의 공정 시퀀스에서 게이트층이 덜 두껍도록 강요한다.In order to prevent the additional material portion 74B from bridging to the additional layer 74A, the thickness of the additional layer 74A is generally less than the average spherical radius. However, preventing unwanted bridging along the surface of the sphere 46 is less constrained on the first layer thickness in the process sequence of FIG. 4 than in the process of FIGS. 2 and 3. This is especially the case when the etching selectivity of the first layer 72 to the additional layer 74A is high during the etching described below to form the first opening through the layer 72 using the additional layer 74A as an etching mask ( That is, if layer 72 is etched much more than layer 74A). At a given spherical diameter, the first layer 72 may thus be thicker than the first layer 62A in the process of FIG. 3 or the first layer 50A in the process of FIG. 2. Similarly, the need to avoid such unwanted bridging forces the gate layer to be less thick in the process sequence of FIG. 4 than in the process of FIG. 2 or 3.

도 4의 전반 공정 시퀀스가 도 2d-2g의 후반 단계 또는 도 3f-3i의 후반 단계에 의해 완료되는 경우, 완전한 공정단계는 도 2 및 도 3 각각의 완전한 공정보다 약간 추가적인 공정작동을 요구한다. 이것은 제 1 층 두께상의 구속을 완화시키고, 도 2의 공정과 관련하여 게이트층상의 구속 또한 감소시키는 교역이 된다.If the first half of the process sequence of FIG. 4 is completed by the second half of FIGS. 2D-2G or the second half of FIGS. 3F-3I, the complete process step requires slightly more process operation than the complete process of each of FIGS. 2 and 3. This is a trade that mitigates the restraint on the first layer thickness and also reduces the restraint on the gate layer with respect to the process of FIG.

추가층(74A)을 형성하기 위해 사용된 재료는 제 1 층(72A)을 에칭하는 에칭 마스크로서 사용될 수 있고, 또한 층(72A)에 관해 선택적으로 에칭될 수 있다. 추가 재료는 일반적으로 금속으로 이루어져 있다. 게이트 재료가 크롬인 경우 추가 재료는 일반적으로 니켈이 되고, 그 반대로도 성립된다. 그러나, 전계 이미터를 제조하는데 사용된 다른 재료의 선택에 따라, 추가 재료는 전기적 저항 또는 전기적 절연이 될 수 있다.The material used to form the additional layer 74A can be used as an etch mask to etch the first layer 72A, and can also be selectively etched with respect to the layer 72A. Additional materials generally consist of metals. If the gate material is chromium, the additional material is generally nickel and vice versa. However, depending on the choice of other materials used to make the field emitter, the additional material may be either electrical resistance or electrical insulation.

이제 구형입자(46)가 일반적으로 상기한 방법에 의해 제거된다. 구형체 제거동안, 추가 재료부(74B)는 도 4e이 구조체를 생성하기 위해 동시에 제거된다. 추가 개구부(76)는 제거된 입자(46)의 위치에서 추가층(74A)을 통해 확장된다. 입자들(46)이 구형이기 때문에, 추가 개구부(76)는 대응하는 제거된 구형체(46)의 직경과 거의 동일하다.Spherical particles 46 are now generally removed by the method described above. During spherical removal, the additional material portion 74B is removed simultaneously to create the structure of FIG. 4E. Further opening 76 extends through additional layer 74A at the location of removed particles 46. Since the particles 46 are spherical, the additional opening 76 is about the same diameter as the corresponding removed spherical body 46.

추가층(74A)을 에칭 마스크로서 사용하면, 제 1 층(72)은 게이트층(60) 아래로 층(72)을 통해 대응하는 제 1 개구부(78)를 형성하기 위해 추가 개구부(76)를 통해 이방적으로 에칭된다. 아이템(72A)이 제 1 층(72)의 잔여부분인 도 4f를 참조한다. 각각의 제 1 개구부(78)는 대응하는 추가 개구부(76)에 수직으로 집중되고, 그것과 대략 동일한 직경을 갖는다. 추가 개구부(76)가 제거된 구형체(46)의 위치에 놓이기 때문에, 제 1 개구부(78)의 위치는 입자(46)에 의해 한정된다. 또한, 제 1 개구부(78)는 추가 개구부(76)와 거의 동일한 모양을 갖고, 따라서 거의 원형이다.Using additional layer 74A as an etch mask, first layer 72 opens additional opening 76 to form corresponding first opening 78 through layer 72 under gate layer 60. Anisotropically etched through. Reference is made to FIG. 4F where item 72A is the remainder of first layer 72. Each first opening 78 is perpendicular to the corresponding additional opening 76 and has a diameter approximately equal to it. Since the additional opening 76 is placed in the position of the removed spherical body 46, the position of the first opening 78 is defined by the particles 46. In addition, the first opening 78 has a shape substantially the same as that of the additional opening 76 and is therefore almost circular.

에칭 마스크로서 지원하는 추가층(74A)으로, 게이트층(60)은 절연층(44) 아래로 층(60)을 통해 대응하는 게이트 개구부(80)를 형성하기 위해 추가 개구부(76) 및 제 1 개구부(78)를 통해 이방성으로 에칭될 수 있다. 도 4g의 (1)은 결과적인 구조체를 나타내고 있다. 아이템(60B)은 게이트층(60)의 잔여부분이다. 에칭이 이방성이기 때문에, 각각의 게이트 개구부(80)의 직경은 대응하는(중첩되는) 개구부쌍(78,76)의 직경과 거의 동일하다. 게이트 개구부 에칭은 제 1 개구부 에칭의 지속 또는 다른 이방성 에칭재료를 이용한 다른 단계로서 수행될 수 있다.With an additional layer 74A that serves as an etch mask, the gate layer 60 is further formed with an additional opening 76 and a first to form a corresponding gate opening 80 through the layer 60 under the insulating layer 44. It may be anisotropically etched through the opening 78. Fig. 4G (1) shows the resulting structure. Item 60B is the remainder of gate layer 60. Since the etching is anisotropic, the diameter of each gate opening 80 is approximately equal to the diameter of the corresponding (overlapping) opening pairs 78, 76. Gate opening etching may be performed as a continuation of the first opening etching or as another step using other anisotropic etching materials.

각각의 게이트 개구부(80)는 대응하는 제 1 개구부(78) 및 대응하는 추가 개구부(76) 모두에 수직으로 집중되고, 따라서 수직으로 정렬된다. 추가 개구부(76)가 제거된 구형체(46)의 위치에 놓이므로, 게이트 개구부(80)의 위치는 입자들(46)의 위치에 의해 한정된다. 또한 게이트 개구부(80)는 거의 원형이다.Each gate opening 80 is vertically concentrated in both the corresponding first opening 78 and the corresponding additional opening 76 and is thus vertically aligned. Since the additional opening 76 is placed in the position of the removed spherical body 46, the position of the gate opening 80 is defined by the position of the particles 46. In addition, the gate opening 80 is almost circular.

도 4g의 (1)의 추가층(74A)은 이제 게이트층 및 제 1 층 두께에서의 전위 차이 및 레이블에서의 부분적인 차이를 제외하고 도 2d의 구조체와 개의 동일한 구조체를 생산하기 위해 제거될 수 있다. 도 4g의 (1)의 아이템(60B,72A,78,80) 각각은 도 2d의 아이템(48A,50A,52,54)에 대응한다. 이러한 레이블 차이에 종속하여, 도 4의 전반 공정 시퀀스는 도 2d의 구조체로부터 도 2g의 마지막 구조체에 이르는 상기한 후반 단계에 따라 완료된다. 따라서 원추형 전자방출소자(58A)는 완료된 전계 이미터의 게이트층(48A(60B))에서 게이트 개구부(52(80))를 통해 확장된다.The additional layer 74A of (1) of FIG. 4G can now be removed to produce the same structure as the structure of FIG. 2D except for the potential difference in the gate layer and the first layer thickness and the partial difference in the label. have. Each item 60B, 72A, 78, 80 in (1) of FIG. 4G corresponds to item 48A, 50A, 52, 54 in FIG. 2D. Dependent on this label difference, the first half process sequence of FIG. 4 is completed according to the latter step described above from the structure of FIG. 2d to the last structure of FIG. 2g. Thus, conical electron-emitting device 58A extends through gate opening 52 (80) in gate layer 48A (60B) of the completed field emitter.

대신, 도 4의 전반 공정 시퀀스로 도 2 방법의 후반부를 적용하는 경우, 유전체 개구부(56)는 추가층(74A)이 여전히 제자리에 있고 에칭 마스크로서 지원하는 경우 절연층(44)내에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 추가층(74A)은 도 2f의 원추형 재료침적에 앞서 즉시 제거된다.Instead, when applying the latter part of the method of FIG. 2 to the first half process sequence of FIG. 4, dielectric openings 56 may be formed in insulating layer 44 if additional layer 74A is still in place and supports as an etching mask. have. In this case, the additional layer 74A is immediately removed prior to the conical material deposition of FIG. 2F.

또다른 대안으로서, 추가층(74A)은 도 4f에 도시된 단계에서 제 1 개구부(78)를 형성한 후이고 따라서 도 4g의 (1)에 도시된 단계에서 게이트 개구부(80)를 형성하기전에 직접적으로 제거될 수 있다. 에칭 마스크로서 제 1 층(72A)을 이용하면, 게이트 개구부(80)는 부분적으로 다른 레이블(도 4의 게이트 개구부(80)는 도 2의 게이트 개구부(54)가 된다) 및 게이트층 및 제 1 층 두께에서의 전위 차이에 종속되는, 도 2d의 구조체를 생산하기 위해 제 1 개구부978)를 통해 게이트층(60)을 이방성으로 에칭하므로써 형성된다. 그리고, 도 2d의 구조체로부터 도 2g의 구조체에 이르는 공정단계는 전계 이미터를 형성하기 위해 상기한 방법으로 처리된다.As another alternative, the additional layer 74A is after forming the first opening 78 in the step shown in FIG. 4F and thus before forming the gate opening 80 in the step shown in FIG. 4G (1). Can be removed directly. Using the first layer 72A as an etching mask, the gate opening 80 is partially different from the label (the gate opening 80 in FIG. 4 becomes the gate opening 54 in FIG. 2) and the gate layer and the first It is formed by anisotropically etching gate layer 60 through first opening 978 to produce the structure of FIG. 2D, which is dependent on the potential difference in layer thickness. The process steps from the structure of FIG. 2D to the structure of FIG. 2G are processed in the manner described above to form the field emitter.

이방성의 실행 대신에, 하부절단을 하지 않은, 개구부(76,78)를 통한 에칭, 하부절단 에칭은 층(60)아래에서 절연층(44)을 통해 대응되는 게이트 개구부(82)을 형성하기 위하여 개구부(76,78)을 통한 도 4f의 게이트층에 실행될 수 있다. 도 4g의 (2)를 보면 아이템(60C)은 이제 게이트층(60)의 잔여부분이 된다. 게이트 개구부(82) 아래부분을 자른 제 1 층(72A)에 대하여, 각 게이트 개구부(82)의 직경은 대응하는(중첩된) 개구부의 쌍(78,76)의 직경보다 더 커진다. 각 게이트 개구부(82)은 크게 원형이 되고 대응하는 개구부 쌍(78,76)에 수직으로 집중된다. 추가개구부(76)가 제거된 구형체(46)의 위치에 놓여지기 때문에, 구형 입자(46)는 게이트 개구부(82)의 위치를 한정한다.Instead of performing anisotropy, etching through the openings 76, 78, without bottom cutting, is performed to form the corresponding gate opening 82 through the insulating layer 44 under the layer 60. It may be implemented in the gate layer of FIG. 4F through openings 76 and 78. Referring to FIG. 4G (2), item 60C is now the remainder of gate layer 60. For the first layer 72A cut below the gate opening 82, the diameter of each gate opening 82 is larger than the diameter of the pair (78) and 76 of the corresponding (overlapping) openings. Each gate opening 82 is largely circular and concentrated perpendicular to the corresponding pair of openings 78, 76. Since the additional opening 76 is placed in the position of the removed spherical body 46, the spherical particles 46 define the position of the gate opening 82.

도 4g의 (2)에서 추가층(74A)은 구조체를 만들기 위해 제거될 수 있고, 부분적인 레벨링의 차이와 잠재적으로 제 1 층 두께에서 차이를 제외하고, 도 3f의 구조체와 사실상 동일하다. 도 4g의 (2)에 아이템(60C,72A,78,82) 각각에 도 3f에 아이템(60A,62A,64,66)에 대응한다. 이 레벨링 차이에 종속하고, 도 4의 전반 공정 일련은 이제 도3f의 구조체에서 도 3i의 구조체가 되는 상기 언급한 후반 단계에 따라 완료된다. 원추형의 전자방출소자(70A)는 그것에 의해 거의 완료된 전계 이미터의 게이트층(60A(60C))에 게이트 개구부(66(82))를 통해 노출된다.The additional layer 74A in FIG. 4G (2) can be removed to make the structure, and is substantially the same as the structure of FIG. 3F, except for partial leveling differences and potentially differences in first layer thickness. Items 60C, 72A, 78, and 82 in FIG. 4G correspond to items 60A, 62A, 64, and 66 in FIG. 3F, respectively. Dependent on this leveling difference, the first half of the process sequence of FIG. 4 is now completed according to the above mentioned later steps, which become the structure of FIG. 3i in the structure of FIG. 3f. The conical electron-emitting device 70A is thereby exposed through the gate opening 66 (82) to the gate layer 60A (60C) of the nearly completed field emitter.

도 4의 전반 공정 일련에 대한 도 3의 프로세서의 후반 부분을 적용하는데 후속적인 대안으로써, 추가층(74A)은 도 4f에 나타낸 스테이지에서 제 1 개구부(78)을 만든 후 직접 제거될 수 있다. 에칭 마스크로 제 1 층(72A)을 사용하고, 게이트 개구부(82)는 도 3f의 구조체를 만들기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층(60)에 하부절단 에칭을 실행하므로써 만들어지고, 다시 부분적으로 다른 레벨링(도 4에 게이트 개구부(82)는 도 3에 게이트 개구부(66)이 된다)과 잠재적으로 제 1 층 두께에 차이에 종속한다. 도 3f의 구조체에서 도 3i의 구조체가 되는 공정 단계는 그 다음에 상기 서술한 방법에 전계 이미터를 끝내기 위해 수행된다.As a subsequent alternative to applying the latter part of the processor of FIG. 3 to the first half of the process series of FIG. 4, additional layer 74A may be removed directly after making the first opening 78 at the stage shown in FIG. 4F. Using the first layer 72A as an etch mask, the gate opening 82 is made by performing a bottom cut etch on the gate layer 60 through the first opening to make the structure of FIG. 3F, again partially different. Leveling (gate opening 82 in FIG. 4 becomes gate opening 66 in FIG. 3) and potentially depending on the difference in the first layer thickness. The process steps from the structure of FIG. 3F to the structure of FIG. 3I are then performed to end the field emitter in the method described above.

이제 다양한 전자 이미터가 상기 언급한 변수를 포함하는 도 2에서 도 4까지의 제작 단계에 따라 제조되는 것을 보면, 원추(58A),(70A)과 같이 원추형의 전자방출 원자의 위치는 개구부(52),(64),(78)과 같이 제 1 개구부의 위치에 의해 결정된다. 제 1 개구부의 위치는 구형 입자(46)의 위치에 의해 결정되기 때문에, 전자방출 원추의 위치는 조각(46)에 의해 한정된다.Now seeing that various electron emitters are manufactured according to the fabrication steps of FIGS. 2 to 4, including the aforementioned parameters, the positions of the cone-like electron-emitting atoms, such as cones 58A and 70A, are defined by the opening 52. Is determined by the position of the first opening, such as (64), (78). Since the position of the first opening is determined by the position of the spherical particles 46, the position of the electron-emitting cone is defined by the piece 46.

전자방출 원추는 조각(46)의 표면 분포가 랜덤, 또는 아주 랜덤하기 때문에 또하나에 대해 랜덤하게, 또는 아주 랜덤하게 놓여진다. 그럼에도 불구하고, 단위 면적당 전자방출 원추의 수는 전체 전자 방출 면적에 걸쳐 곳에 따라 매우 다양하지 않다.The electron-emitting cone is placed randomly or very randomly with respect to one another because the surface distribution of the piece 46 is random, or very random. Nevertheless, the number of electron emitting cones per unit area does not vary very much across the entire electron emitting area.

도 2에서 도 4(다시 상기 언급한 공정 변수를 포함하는)의 제작 단계에 따라 제조된 전자 이미터의 각각에 각 전자방출 원추의 기본 직경은 대략 대응하는 제 1 개구부의 직경과 같고 따라서 대략 대응하는 제거된 개구부(46)의 직경과 같다. 따라서, 전자방출 원추의 평균 기본 직경은 조각(46)의 평균 직경을 조정하므로써 제어된다. 평균 조각 직경을 감소시키는 것은 대략 같은 양에 의해 감소되는 평균 원추 직경의 원인이 된다. 이와 같은 방법으로, 조각(46)은 전자방출 원추에 의해 점유되는 측면 면적을 결정한다. 구형체(46)가 전자방출 원추의 위치를 한정하므로, 원추 사이의 평균 간격은 평균 표면 밀도와 구형체(46)의 평균 직경을 조정하므로써 제어된다.In each of the electron emitters produced according to the fabrication steps of FIGS. 2 to 4 (which again include the process variables mentioned above), the fundamental diameter of each electron-emitting cone is approximately equal to the diameter of the corresponding first opening and therefore approximately corresponding Is equal to the diameter of the removed opening 46. Therefore, the average fundamental diameter of the electron-emitting cone is controlled by adjusting the average diameter of the pieces 46. Reducing the average piece diameter causes the average cone diameter to be reduced by about the same amount. In this way, the piece 46 determines the lateral area occupied by the electron emitting cone. Since the sphere 46 defines the position of the electron-emitting cone, the average spacing between the cones is controlled by adjusting the average surface density and the average diameter of the sphere 46.

조각(46)의 평균 직경에서 표준 편차는, 상기한 것처럼, 평균 조각 직경에 비교하면 상당히 작다. 전자방출 원추의 평균 기본 직경에서 표준 편차는 평균 원추 기본 직경에 비교하면 제 1 근사값에 대해 똑같이 작다. 조각(46)이 구형이기 때문에, 각 전자방출 원추의 기본은 주로 원형이다. 원추에 의해 점유되는 측면 면적은 주로 같다. 전극간 유전체층(44)의 두께와 같은 변수를 적당하게 조정하므로써, 아주 균일한 크기와 모양의 전자방출소자가 만들어질 수 있다.The standard deviation in the average diameter of the pieces 46 is quite small compared to the average piece diameter, as described above. The standard deviation in the mean fundamental diameter of the electron-emitting cone is equally small for the first approximation compared to the mean cone basic diameter. Since the piece 46 is spherical, the basis of each electron-emitting cone is mainly circular. The lateral area occupied by the cone is mainly the same. By appropriately adjusting parameters such as the thickness of the inter-electrode dielectric layer 44, electron emitting devices of a very uniform size and shape can be made.

전자방출소자는 대개 작게 되고 서로 가깝게 놓여지도록 제조된다. 이것은 알맞게 작은 평균 구형체 직경을 가진 구형체를 사용하므로써 그리고 구형체가 받는 표면을 걸쳐 구형체(46)의 높은 밀도를 적당하게 분배하므로써 수행된다. 특별한 면적 전자 이미터를 위해 각각의 전자방출 원추의 크기와 모양에서의 작은 변화가 있기 때문에, 전자 방출은 전자방출 면적에 걸쳐 상대적으로 균일하다. 중요하게, 이 아주 바람직한 특징은 조각(46)의 크기와 표면 밀도를 제어하므로써 주로 이루어지고, 그것에 의해 전자 전류가 잘 제어되는 것이 가능해진다.The electron-emitting devices are usually manufactured to be small and placed close to each other. This is done by using spheres with moderately small average sphere diameters and by appropriately distributing the high density of the spheres 46 across the surface that the spheres receive. Since there is a small change in the size and shape of each electron emitting cone for a particular area electron emitter, the electron emission is relatively uniform over the electron emitting area. Importantly, this very desirable feature is mainly achieved by controlling the size and surface density of the piece 46, thereby making it possible to control the electron current well.

전자방출 필라멘트를 사용한 전계 이미터의 제조Fabrication of Field Emitters Using Electron-emitting Filaments

원추보다 필라멘트와 같은 모양의 전자방출소자를 가지는 게이트된 전계-방출 음극은 도 4g의 (1)과 같은 도 4의 전반 공정 일련을 완료하기 위해, 또는 도 2와 도 3의 공정의 전반 일부를 완료하기위해 적당한 후반 필라멘트 공정 일련을 이용하므로써 발명의 기술에 따라 생산될 수 있다.A gated field-emitting cathode having an electron-emitting device shaped more like a filament than a cone may be used to complete the first half of the process of FIG. 4 as shown in (1) of FIG. 4G, or a portion of the first half of the process of FIGS. It can be produced according to the techniques of the invention by using a suitable series of late filament processes to complete.

도 5a에서 도5g(총괄하여 "도 5")는 도 4a에서 도4f, 및 도4g1의 전반 일련을 적용되고 전자방출소자를 가지는 게이트된 전계 이미터를 생산하기 위한 본 발명에 따라 스페이서를 이용하는 후반 공정 일련을 나타낸다. 도 4g의 (1)에 관하여, 이방성의 에칭은 추가개구부(76), 제 1 개구부(78), 및 아래쪽 비절연 영역(42)아래에서 층(44)을 통해 대응하는 비유전체 개구부(100)을 형성하기 의한 에칭 마스크로써 추가층(74)을 사용하는 게이트 개구부(80)을 통해 절연층(44)에 실행된다. 이것은 절연층(44)의 잔여부분인 아이템(44C)에 도 5a의 구조체가 된다. 각 비유전체 개구부(100)은 수직적으로 집중되고, 대응하는 개구부 (76,78,80) 세 개 한 벌과 동일한 직경이다. 또한, 비유전체 개구부(100)는 주로 원형이다.5A to 5G (collectively "FIG. 5") employ a spacer in accordance with the present invention for producing a gated field emitter having an electron-emitting device, applying the first half of FIGS. 4F and 4G1 to FIG. The latter process series is shown. With respect to (1) of FIG. 4G, the anisotropic etching is performed through the corresponding non-dielectric opening 100 through layer 44 under additional opening 76, first opening 78, and lower non-insulating region 42. It is carried out to the insulating layer 44 through the gate opening 80 using the additional layer 74 as an etching mask to form a. This results in the structure of FIG. 5A in item 44C, which is the remainder of insulating layer 44. Each non-dielectric opening 100 is vertically concentrated and is the same diameter as the three corresponding openings 76, 78 and 80. In addition, the non-dielectric opening 100 is mainly circular.

추가층(74A)은 제 1 층(72A) 또는 구조체의 어떤 다른 부분을 상당하게 침투하지않는 에칭제로 제거된다. 도 5b는 결과 구조체를 나타낸다.The additional layer 74A is removed with an etchant that does not significantly penetrate the first layer 72A or any other portion of the structure. 5B shows the resulting structure.

적당하게 에칭할 수 있는 스페이서(또는 코팅) 재료는 제 1 층(72A)과 도 5c에 나타낸 바와 같이 공백 스페이서(또는 코팅) 층((102)을 형성하기 위해 낮은 비절연 영역(42)아래에서 합성 개구부(78/80/100)내로 적합하게 침전된다. 스페이서층(102)는 구조체의 맨위를 덮지만 개구부(78/80/100)을 완전하게 채우지 못한다. 함몰부(104)는 개구부(78/80/100)의 채워지지 않은 부분에 존재한다. 각각의 함몰부(104)는 대응하는 합성 개구부(78/80/100)에 수직적으로 집중된다.A suitably etchable spacer (or coating) material is used below the low non-insulating area 42 to form the blank spacer (or coating) layer 102 as shown in FIG. 5C and the first layer 72A. Properly settles into the composite opening 78/80/100 The spacer layer 102 covers the top of the structure but does not completely fill the opening 78/80/100. In the unfilled portion of / 80/100. Each depression 104 is vertically concentrated in the corresponding composite opening 78/80/100.

CVD는 전형적으로 스페이서 재료에 놓기 위해 사용된다. 따라서, 각각의 합성 개구부(78/80/100)을 따라 층(72A,60B,44C)의 옆면 가장자리를 따른 스페이서층(102)의 두께는 어떤 주어진 높이에서 상대적으로 균일하다(일정하다).CVD is typically used to place on spacer material. Thus, the thickness of the spacer layer 102 along the lateral edges of the layers 72A, 60B, 44C along each composite opening 78/80/100 is relatively uniform (constant) at any given height.

스페이서 재료는 전형적으로 층(72A)의 주요한 재료를 사용하여 일반적으로 에칭할 수 있는 것으로 선택된다. 스페이서 재료는 또한 대개 전극간 비유전체(여기서 층(44C))에 대한 높은 에칭 선택도를 가진다. 특히, 스페이서 재료는 전형적으로 주요한 재료와 동일하고 전극간 비유전체와 다르다. 예를 들어, 스페이서 재료는 (a)주요한 재료가 실리콘 질화물로 이루어지고 (b)전극간 비유전체가 실리콘 산화물로 이루어질 때 보통 실리콘 질화물이다.The spacer material is typically chosen to be generally etchable using the primary material of layer 72A. The spacer material also usually has a high etch selectivity for the interelectrode non-dielectric, where layer 44C. In particular, the spacer material is typically the same as the main material and different from the interelectrode non-dielectric. For example, the spacer material is usually silicon nitride when (a) the main material consists of silicon nitride and (b) the interelectrode non-dielectric consists of silicon oxide.

이방성의 에칭은 (a)제 1 개구부(78)을 따라 제 1 층(72A)의 측단부, (b)게이트 개구부(80)을 따라 게이트 층(60B)의 측단부, 및 (c)비유전체 개구부(100)을 따라 절연체층(44C)의 측단부를 덮는 일부(102A)를 제외하고 스페이서층(102)의 전부는 사실상 제거되기위해 실행된다. 도 5d를 보자. 비유전체 개구부(100)의 바닥에서 스페이서층(102)의 중심 일부는 에칭 때문에 제거되어지므로, 함몰부(104)은 낮은 비절연 영역(42) 아래로 확장되고 대응하는 틈(104A)이 되도록 약간 넓어진다(도 5d에서 나타내지 않았다). 함몰부(104)가 합성 개구부(78/80/100)에 수직으로 집중되기 때문에, 각각의 틈(104A)은 대응하는 합성 개구부(78/80/100)에 수직적으로 집중된다.Anisotropic etching includes (a) the side end of the first layer 72A along the first opening 78, (b) the side end of the gate layer 60B along the gate opening 80, and (c) the non-dielectric Except for the portion 102A that covers the side ends of the insulator layer 44C along the opening 100, all of the spacer layer 102 is implemented to be substantially removed. See FIG. 5D. Since a portion of the center of the spacer layer 102 at the bottom of the non-dielectric opening 100 is removed due to the etching, the depression 104 extends below the low non-insulating area 42 and slightly to the corresponding gap 104A. Widen (not shown in FIG. 5D). Since the depression 104 is concentrated vertically in the composite opening 78/80/100, each gap 104A is vertically concentrated in the corresponding composite opening 78/80/100.

전기적으로 비절연 이미터 필라멘트 재료는 낮은 비절연 영역(42)을 접촉하는 대응하는 전조 전자방출소자(106)를 형성하기 위해 틈(104A)내로 전기화학적으로 침전된다(전기 도금된다). 도 5e는 결과 구조체를 나타낸다. 전기화학적인 침전 동안에, 제 1 층 (72A), 스페이서 일부(102A), 및 절연층(44C)의 조합은 게이트층(60B)(될 수 있는 한 구조체의 측면 주변을 따른 것을 제외하고)이 전조 전자방출소자(106)와 층(60B)을 접촉하는 것을 막기 위해 캡슐에 싸인다. 게이트층(60B)와 전조 소자(106) 사이에 측면 간격은 스페이서(102A)의 두께에 의해 결정된다.The electrically non-insulating emitter filament material is electrochemically deposited (electroplated) into the gap 104A to form the corresponding precursor electron-emitting device 106 in contact with the low non-insulating region 42. 5E shows the resulting structure. During electrochemical precipitation, the combination of the first layer 72A, the spacer portion 102A, and the insulating layer 44C is the precursor of the gate layer 60B (except as far along the side of the structure as possible). The capsule is enclosed in order to prevent contact between the electron-emitting device 106 and the layer 60B. The lateral spacing between the gate layer 60B and the precursor element 106 is determined by the thickness of the spacer 102A.

이미터 필라멘트 재료는 보통 니켈 또는 백금과 같은 금속이다. 전조 필라멘트(106)는 후에 전기광택 기술에 의해 날카로와질 때, 필라멘트 재료는 게이트 재료와 보통 다르다.Emitter filament materials are usually metals such as nickel or platinum. When the rolled filament 106 is later sharpened by electrogloss technology, the filament material is usually different from the gate material.

전기화학적인 침전은 전형적으로 여기에 참고문헌에 의해 구체화된 내용, Spindt외 다수의 미국 특허 5,564,959에 서술된 방법에 의해 행해진다. 전기화학적 침전 동안에, 낮은 비절연 영역(42)는 침전 음극으로써 쓰여진다. 침전 양극은 제1층(72A)위로 짧은 거리로 침전 전해질내에 놓여진다.Electrochemical precipitation is typically done by the method described herein by Spindt et al. In US Pat. No. 5,564,959. During electrochemical precipitation, the low non-insulating area 42 is used as the precipitation cathode. The settling anode is placed in the settling electrolyte a short distance over the first layer 72A.

전기화학적인 침전은 틈(104A)을 지나치게 채우기 위해 충분히 오랜 시간이 수행되지만 전조 전자방출소자(106)가 제 1 층(72A)의 맨위를 따라 또하나를 만나기위한 원인은 아니다. 따라서, 각각의 전조 소자(106)는 대응하는 틈(104A)의 확장인 캡 일부를 가진다. 틈(104A)의 지나친 채움이 최종 전자방출 필라멘트를 보장하기 위해 도움이 되는 것은 핵응집과 필라멘트 재료의 성장에서의 차이 때문에 상당히 다른 높이의 지나친 채움이 아닐 것이다.Electrochemical precipitation takes a long time to overfill the gap 104A but is not the cause for the precursor electron-emitting device 106 to meet another along the top of the first layer 72A. Thus, each rolling element 106 has a portion of the cap that is an extension of the corresponding gap 104A. Excessive filling of gap 104A helps to ensure final electron-emitting filaments will not be excessive filling of significantly different heights due to differences in nucleation and growth of filament material.

제 1 층(72A)과 스페이서(102A)는 대개 에칭제로 제거되는데 절연층(44C)를 상당히 침투하지는 않는다. 도 5f를 보자. 에칭의 결과로써, 전조 전자방출소자(106)은 원통형의 틈(108)에 의해 게이트층(60B)과 절연층(44C)으로 분리된다.The first layer 72A and the spacer 102A are usually removed with an etchant but do not significantly penetrate the insulating layer 44C. See Figure 5f. As a result of etching, the precursor electron-emitting device 106 is separated into the gate layer 60B and the insulating layer 44C by the cylindrical gap 108.

제 1 층(72A)과 스페이서(102A)가 동일한 재료(즉,실리콘 질화물)로 이루어질 때, 에칭은 전형적으로 젖은 화학 약품으로 한 단계에서 실행된다. 대신, 이방성의 성분을 가지는 플라즈마는 에칭을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 에칭은 층(72A)과 스페이서(102A)가 다른 재료로 형성될 때 두 개의 스테이지에서 행해질 수 있다.When the first layer 72A and the spacer 102A are made of the same material (i.e. silicon nitride), etching is typically performed in one step with wet chemicals. Instead, a plasma having anisotropic components can be used to perform the etching. Etching may be done in two stages when layer 72A and spacer 102A are formed of different materials.

전조 소자(106)는 캡(106A)을 제거하도록 공정되어지고 게이트 개구부(80)을 통해 적어도 부분적으로 확장하는 남아있는 필라멘트의 일부를 날카로운 팁과 함께 제공한다. 도 5g는 예리해진 필라멘트의 전자방출소자(106B)내의 최종 게이트 전계 이미터는 전조 소자(106)의 나머지가 되는 것을 나타낸다. 틈(104A)는 합성개구부(78/80/100)에 수직적으로 집중되기 때문에, 각각의 전자방출 필라멘트(106B)는 대응하는 게이트 개구부(80)에 수직적으로 집중된다.The precursor element 106 is processed to remove the cap 106A and provides with a sharp tip a portion of the remaining filament that at least partially extends through the gate opening 80. 5G shows that the final gate field emitter in the electron-emitting device 106B of the sharpened filament becomes the remainder of the precursor device 106. Since the gap 104A is vertically concentrated at the compound opening 78/80/100, each electron-emitting filament 106B is vertically concentrated at the corresponding gate opening 80.

전자방출 필라멘트(106B)로 전조 전자방출 필라멘트(106)의 전환은 대개 상기 인용한 미국 특허 5,564,959에 서술한 종류의 전자광택/예리하게 하는 기술에 따라 전기화학적으로 행해진다. 접합내에서 낮은 비절연 이미터 영역(42)은 전조 소자(106)로 전자광택/예리하게 하는 작동 동안에 양극으로써 사용된다. 게이트층(60B)은 음극의 기능을 한다. 전자광택/예리하게 하는 작동 동안에, 전조 소자(106)의 재료는 일반적으로 게이트층(60B)의 평면을 따라 제거되고, 소자(106)가 꽉 끼워지고 예리해진 팁을 형성되는 원인이 된다. 캡 일부(106A)는 전자광택/예리하게하는 전해질에서 씻겨지고, 도 5g에 나타낸 바와 같이 전자방출 필라멘트(106B)는 남아있다.The conversion of the precursor electron-emitting filament 106 to the electron-emitting filament 106B is usually done electrochemically according to the electro-gloss / sharpening technique of the kind described in the above-cited US Pat. No. 5,564,959. The low non-insulating emitter region 42 in the junction is used as the anode during the electropolished / sharpening operation with the precursor element 106. Gate layer 60B functions as a cathode. During electropolished / sharpening operation, the material of the precursor element 106 is generally removed along the plane of the gate layer 60B, causing the element 106 to fit tightly and form a sharpened tip. The cap portion 106A is washed out of the electropolished / sharpened electrolyte and the electron-emitting filament 106B remains as shown in FIG. 5G.

게이트 개구부(80)은 추가개구부(76)로 수직적으로 집중되기 때문에, 각각의 게이트 개구부(80)는 대응하는 제거된 구형체(46)의 위치에 수직으로 집중된다. 따라서, 전자방출 필라멘트(106B)의 위치는 구형 입자(46)(의 위치)에 의해 한정된다.Since the gate opening 80 is vertically concentrated into the additional opening 76, each gate opening 80 is vertically concentrated at the position of the corresponding removed sphere 46. Therefore, the position of the electron-emitting filament 106B is defined by the spherical particle 46 (the position of).

또한, 각각의 틈(104A)의 직경은 대응하는 합성개구부(70)/(80)/(100)의 직경에서 대응하는 스페이서(102A)의 두께의 두배를 뺀 것이다. 각각의 합성개구부의 직경은 대략 대응하는 제거된 구형체(46)과 동일하기 때문에, 필라멘트(106B)에 의해 점유하는 측면 면적은 구형체(46)의 크기와 스페이서(102A)의 두께에 의해 제어된다.In addition, the diameter of each gap 104A is obtained by subtracting twice the thickness of the corresponding spacer 102A from the diameter of the corresponding composite openings 70/80/100. Since the diameter of each composite opening is approximately equal to the corresponding removed spherical body 46, the side area occupied by the filament 106B is controlled by the size of the spherical body 46 and the thickness of the spacer 102A. do.

스페이서 두께는 스페이서(102A)에서 스페이서(102A)까지 약간 다르다. 상기 언급한 바와 같이, 구형조각의 크기는 하나의 구형체(46)에서 다른 하나의 구형체까지 약간 다르다. 구형체(46)의 표면 밀도는 제 1 층을 걸쳐서 크게 다르지 않으므로, 스페이서 두께로써 조합에서 구형체 크기와 표면 밀도는 필라멘트(106B)가 전자 전류의 제어가능한 크기에서 전자방출 영역을 지나는 높은 균일한 전자 방출을 제공하기 위해 적당하게 조정되어질 수 있다.The spacer thickness varies slightly from spacer 102A to spacer 102A. As mentioned above, the size of the spherical fragments varies slightly from one sphere 46 to the other. Since the surface density of the spherical body 46 does not differ significantly over the first layer, the spherical size and surface density in the combination by spacer thickness is such that the filament 106B passes through the electron emission region at a controllable size of the electron current. It may be adjusted appropriately to provide electron emission.

도 4g의 (1)의 구조로부터 도 5의 후반 공정 일련을 시작하는 대신에, 추가층(74A)은 도 4f에 나타낸 단계후에 직접적으로 제거될 수 있다. 제 1 층(72A)과 함께 이제 에칭 마스크, 게이트층(60), 및 절연층(44)은 도 5b의 구조체를 생산하기 위해 제 1 개구부(78)(과 게이트 개구부(80)을 통해 층(44)을 향한)을 통해 이방성으로 에칭으로써 사용된다. 두 개의 스테이지 에칭 공정은 전형적으로 하나의 스테이지는 층(60)을 위하여 제 2 스테이지는 층(44)을 위해 사용된다. 이 점에서, 도 5b의 구조체는 도 5c에서 도 5g에 상기 서술한 방법으로 후속하여 공정된다.Instead of starting the latter process series of FIG. 5 from the structure of FIG. 4G (1), the additional layer 74A can be removed directly after the step shown in FIG. 4F. The etching mask, gate layer 60, and insulating layer 44, together with the first layer 72A, are now formed through the first opening 78 (and through the gate opening 80) to produce the structure of FIG. 5B. Toward anisotropically). A two stage etch process typically uses one stage for layer 60 and a second stage for layer 44. In this regard, the structure of FIG. 5B is subsequently processed in the method described above in FIG. 5C to FIG. 5G.

도 2와 도 3의 방법의 전반 일부는 상기 서술한 것과 유사한 방법으로 도 5의 후반 공정 일련과 함께 조합되어질 수 있다. 도 2d의 구조체에서 시작하여, 비유전체 개구부(100)은 에칭 마스크로 제 1 층(50A)을 사용하는 개구부(52)과 개구부(54)을 통해 층(44)에 이방성의 에칭을 실행하므로써 절연층(44)을 통해 만들어질 수 있다. 제 1 층과 게이트층 두께에서 부분적으로 다른 레벨링과 전위 차이를 제외하고, 도 5b의 구조체는 생산된다.Some of the first half of the method of FIGS. 2 and 3 can be combined with the latter process series of FIG. 5 in a manner similar to that described above. Starting from the structure of FIG. 2D, the non-dielectric opening 100 is insulated by performing anisotropic etching to the layer 44 through the openings 52 and the openings 54 using the first layer 50A as an etching mask. It may be made through layer 44. Except for the partially different leveling and dislocation differences in first layer and gate layer thickness, the structure of FIG. 5B is produced.

유사하게, 도 3e의 구조체에서 시작하여, 게이트 개구부(80)과 비유전체 개구부(100)은 에칭 마스크로 제 1 층(62A)을 사용하는 제 1 개구부를 통해 게이트층(60)과 절연층(44)을 이방성으로 에칭하므로써 만들어질 수 있다. 이방성의 에칭은 전형적으로 두 개의 스테이지에서 실행되는데, 하나는 층(60)을 위해 제 2 스테이지는 층(44)을 의해 실행된다. 레벨링에서 부분적인 차이와 잠재적으로 다른 쩨 2 층 두께에 따라, 도 5b의 구조체는 다시 생산된다.Similarly, starting with the structure of FIG. 3E, the gate opening 80 and the non-dielectric opening 100 may pass through the gate layer 60 and the insulating layer through the first opening using the first layer 62A as an etching mask. 44) can be made by anisotropically etching. Anisotropic etching is typically performed in two stages, one for layer 60 and the second stage is performed by layer 44. Depending on the partial difference in leveling and potentially different 쩨 2 layer thicknesses, the structure of FIG. 5B is produced again.

상기한 세 단락에서 서술된 대안에서, 게이트 개구부가 제 1 개구부(78, 64,내지 52)과 함께 수직적으로 집중되었기 때문에, 각각의 게이트 개구부(80, 66, 내지 54)은 대응하는 제거된 구형체(46)의 위치에 수직적으로 집중된다. 구형체(46)은 그러므로 전자방출 필라멘트(106B)의 위치를 한정한다. 또한 구형체(46)과 스페이서(102A)의 조합은 필라멘트(106B)에 의해 점유되는 측면 면적을 제어한다. 따라서, 필라멘트(106B)는 스페이서 두께와 함께 조합에서 구형체 크기와 표면 밀도를 적당하게 조절함으로써 제어된 크기에서 높은 균일한 전자 방출을 제공할 수 있다.In the alternatives described in the three paragraphs above, since the gate openings were vertically concentrated with the first openings 78, 64, and 52, each gate opening 80, 66, and 54 has a corresponding removed sphere. It is concentrated vertically at the position of the sieve 46. The sphere 46 therefore defines the position of the electron-emitting filament 106B. The combination of sphere 46 and spacer 102A also controls the side area occupied by filament 106B. Thus, the filament 106B can provide high uniform electron emission at a controlled size by suitably adjusting the spherical size and surface density in combination with the spacer thickness.

도 6는 도 4a에서 도 4f, 및 도4g1의 전반 프로세서 일련에 적용되고 필라멘트의 전자방출소자를 기지는 게이트된 전계 방출 음극을 생산하는 발명에 따라서 스페이서를 이용하는 또하나의 후반 프로세서 일련을 나타낸다. 도 4g의 (1)의 구조체를 형성한 후에, 추가층(74A)은 제거된다. 이것은 도 6a의 구조체가 된다.FIG. 6 shows another later processor series using spacers in accordance with the invention of the gated field emission cathode applied to the first processor series of FIGS. 4F and 4G1 in FIG. 4A and supporting the electron-emitting device of the filament. After forming the structure of FIG. 4G (1), the additional layer 74A is removed. This becomes the structure of FIG. 6A.

적당하게 에칭할 수 있는 스페이서(또는 코팅) 재료는 도 6b에 나타낸 것처럼 공백 스페이서(또는 코팅)층(110)을 형성하기 위해 제 1 층(72A)과 합성개구부(78/80)안으로 적합하게 침전된다. 스페이서층(110)은 구조체의 맨위를 덮지만 개구부(78/80)을 완전히 채우지 못한다. 함몰부(112)은 개구부(78/80)의 채워지지않은 일부에 존재한다. 각각의 함몰부(112)은 대응하는 합성개구부(78/80)에 수직적으로 집중된다.A suitably etchable spacer (or coating) material is suitably deposited into the first layer 72A and the composite opening 78/80 to form the blank spacer (or coating) layer 110 as shown in FIG. 6B. do. The spacer layer 110 covers the top of the structure but does not completely fill the openings 78/80. The depression 112 is present in the unfilled portion of the opening 78/80. Each depression 112 is centered perpendicularly to the corresponding composite opening 78/80.

CVD는 보통 스페이서 재료를 침전시키기위해 사용된다. 각각의 합성개구부(78/80)을 따라 층(72A)과 층(60B)의 측면 가장자리를 따른 스페이서층(110)의 두께는 어떤 주어진 높이에서 상대적으로 균일하다. 도 6의 공정 일련에서 스페이서 재료는 도 5의 공정 일련에서와 같이 제 1 재료와 전극간 비유전체에 관한 동일한 성질을 가진다.CVD is commonly used to precipitate spacer materials. The thickness of the spacer layer 110 along the side edges of layer 72A and layer 60B along each composite opening 78/80 is relatively uniform at any given height. The spacer material in the process series of FIG. 6 has the same properties as for the non-dielectric between the first material and the electrode as in the process series of FIG. 5.

이방성의 에칭은 (a)제 1 개구부(78)을 따른 제 1 층(72A)의 측면 가장자리와 (b)게이트 개구부(80)을 따른 게이트층(60B)의 측면 가장자리를 덮는 고리 모양의 일부(110A)를 제외한 스페이서층(110)의 전부를 사실상 제거하기위해 실행된다. 도 6c를 보자. 함몰부(112)은 절연층(44)아래로 확장되고 대응하는 틈(112A)이 되도록 약간 넓어진다(도 6에 나타내지 않았다). 함몰부(112)이 개구부(78/80)에 수직적으로 집중되기 때문에, 각각의 틈(112A)은 대응하는 개구부(78/80)에 수직적으로 집중된다.The anisotropic etching is performed by (a) the side edge of the first layer 72A along the first opening 78 and (b) the annular portion covering the side edge of the gate layer 60B along the gate opening 80 ( To substantially remove all of the spacer layer 110 except for 110A). See Figure 6C. The depression 112 extends under the insulating layer 44 and slightly widens to correspond to the corresponding gap 112A (not shown in FIG. 6). Since the recesses 112 are vertically concentrated in the openings 78/80, each gap 112A is vertically concentrated in the corresponding openings 78/80.

제 1 층(72A)과 고리모양의 스페이서 일부(110A)를 에칭 마스크로써 사용하므로써, 절연층(44)은 낮은 비절연 영역(42) 아래로 층(44)을 통한 비유전체 개구부(114)을 형성하기 위하여 틈(112A)을 통하여 이방적으로 에칭된다. 도 6d를 보자. 아이템(44D)은 절연층(44)의 나머지이다.By using the first layer 72A and the annular spacer portion 110A as an etching mask, the insulating layer 44 opens the non-dielectric opening 114 through the layer 44 below the low non-insulating region 42. It is anisotropically etched through the gap 112A to form. See Figure 6d. Item 44D is the remainder of insulating layer 44.

전기적으로 비절연 이미터 필라멘트 재료는 비절연(42)를 접촉하는 전조 전자방출 필라멘트를 형성하기위한 합성개구부(또는 틈)(112A/114)내로 전기화학적으로 침전된다. 결과 구조체는 도 6e에 나타낸다. 전기화학적인 침전 때문에, 제 1 층(72), 스페이서(110A), 및 절연층(44D)의 조합은 전조 전자방출소자(116)가 게이트층(60B)과 접촉하는 것을 막기 위하여 게이트층(60B)(될 수 있는 한 구조체의 측면 주변을 따른 것을 제외하고)을 캡슐에 싼다. 스페이서(116A)는 게이트층(60B)과 전조 소자(116) 사이에 측면 공백을 결정한다. 이미터 필라멘트 재료는 다시 보통 니켈 또는 백금과 같은 금속이다.The electrically non-insulating emitter filament material is electrochemically deposited into the composite openings (or gaps) 112A / 114 for forming the precursor electron-emitting filaments that contact the non-insulating 42. The resulting structure is shown in FIG. 6E. Because of the electrochemical precipitation, the combination of the first layer 72, the spacer 110A, and the insulating layer 44D has a gate layer 60B to prevent the precursor electron-emitting device 116 from contacting the gate layer 60B. Encapsulate) (except along the sides of the structure as far as possible). Spacer 116A determines lateral voids between gate layer 60B and precursor element 116. The emitter filament material is again usually a metal such as nickel or platinum.

전기화학적인 침전은 도 5의 프로세서 일련에 대해 상기에 서술한 방법으로 실행된다. 침전 시간은 개구부(112A)을 지나치게 채우기에 충분히 길지만 전형적으로 전조 소자(116)가 제 1 층(72A)의 맨위를 따라 다른 하나를 만나는 원인이 되기에는 층분히 길지 않다. 각각의 전조 전자방출소자(116)는 따라서 대응하는 틈(112A/114)의 확장하는 캡 일부(116A)를 가진다. 도 5의 공정 일련에서와 같이, 지나친 채움은 핵응집과 필라멘트 재료의 성장에서의 차이때문에 상당히 다른 높이의 생성하는 전자방출 필라멘트의 가능성을 감소시킨다.Electrochemical precipitation is carried out in the manner described above for the processor series of FIG. 5. The settling time is long enough to overfill the opening 112A but is typically not long enough to cause the precursor element 116 to meet the other along the top of the first layer 72A. Each precursor electron-emitting device 116 thus has a portion of the cap 116A extending in the corresponding gap 112A / 114. As in the process series of FIG. 5, excessive filling reduces the likelihood of generating electron-emitting filaments of significantly different heights due to differences in nucleation and growth of the filament material.

제 1 층(72A)과 스페이서(110A)는 제거되고, 대개 절연층(44D) 또는 게이트층(60B)을 상당히 침투하지 않는 에칭제가 사용된다. 도 6f를 보자. 게이트개구부(80)의 바깥 부분은 그것에 위해 다시 열려진다. 게이트 개구부(80)의 이러한 일부는 이제 게이트층(60B)로부터 전조 소자(116)을 분리한다. 제 1 층(72A)과 스페이서(110A)가 동일한 재료로 형성될 때, 에칭은 전형적으로 젖은 화학약품 또는 이방성의 성분을 가지는 플라즈마를 사용하는 한 단계에서 행해진다. 두 개의 스테이지 에칭 공정은 보통 층(72A)과 스페이서(110A)가 다른 재료로 이루어질 때 사용된다.The first layer 72A and the spacer 110A are removed and an etchant is usually used that does not significantly penetrate the insulating layer 44D or the gate layer 60B. See Figure 6f. The outer part of the gate opening 80 is opened again for it. This portion of the gate opening 80 now separates the precursor element 116 from the gate layer 60B. When the first layer 72A and the spacer 110A are formed of the same material, etching is typically performed in one step using a wet chemical or anisotropic plasma. Two stage etching processes are commonly used when layer 72A and spacer 110A are made of different materials.

전조 전자방출소자(116)는 캡 일부(116A)를 제거하기 위하여 공정되어지고 게이트개구부(80)을 통해 적어도 부분적으로 확장되는 예리해진 탑과 함께 남아있는 필라멘트의 일부를 제공하기 위하여 공정되어진다. 도 6g에 에리해진 필라멘트의 전자방출소자(116B)는 전조 소자(116)의 나머지이다. 전자방출 필라멘트(116B)는 전자방출 필라멘트(106B)를 생산하기 위해 사용되는 것과 사실상 동일한 방법으로 전자광택/예리하게 하는 기술에 의해 전조 소자로부터 만들어진다. 따라서, 각각의 전자방출 필라멘트(116B)는 대응하는 게이트 개구부(80)에 수직적으로 집중된다.The precursor electron-emitting device 116 is processed to remove the cap portion 116A and to provide a portion of the filament that remains with the sharpened tower that extends at least partially through the gate opening 80. The electron-emitting device 116B of the filament eroded in FIG. 6G is the remainder of the precursor element 116. Electron-emitting filament 116B is made from the precursor element by an electro-gloss / sharpening technique in substantially the same manner used to produce electron-emitting filament 106B. Thus, each electron-emitting filament 116B is vertically concentrated in the corresponding gate opening 80.

에칭 마스크로써 게이트층(60B)을 사용하고, 절연층(44D)은 아래가 잘린 것, 전형적으로 등방성의, 전자방출 필라멘트(116B) 주위에 대응하는 비유전체 개구부 공백(118)을 형성하기 위한 방법으로 게이트개구부(80)을 통해 에칭된다. 도 6h는 결과 구조체를 나타낸다. 아이템(44E)은 절연층(44D)의 나머지이다. 비유전체의 열린 공백(118)은 절연층(44E)을 통해 부분적으로 또는 완전히 확장될 수도 있다. 도 6h는 케이스를 통해 완전하게 된 것을 나타낸다.Using gate layer 60B as an etch mask, insulating layer 44D having a bottom cut, typically an isotropic, method for forming corresponding dielectric dielectric space 118 around electron emitting filament 116B. Is etched through the gate opening 80. 6H shows the resulting structure. Item 44E is the remainder of insulating layer 44D. The open void 118 of the non-dielectric may extend partially or fully through the insulating layer 44E. 6H shows complete through the case.

전자광택/예리하게 하는 단계는 비유전체의 열린 공백(118)을 만들기전에 실행될 수 있다. 최종 구조체는 사실상 도 6b에서 나타낸 것과 동일하다. 대신, 비유전체의 열린 공백(118)은 열린 공백(118)이 게이트층(60B)을 아래를 자르지 않게 하도록 이방성의 에칭에 의해 형성되어질 수 있다.The electroglossy / sharpening step may be performed before making the non-dielectric open void 118. The final structure is virtually identical to that shown in FIG. 6B. Instead, an open dielectric 118 of non-dielectric may be formed by anisotropic etching so that open void 118 does not cut down gate layer 60B.

각각의 게이트개구부(80)은 대응하는 제거된 구형체(46)의 위치에 수직적으로 집중되기 때문에, 구형 입자(46)의 위치는 전자방출 필라멘트(116B)를 한정한다. 도 5의 공정과 유사하게, 필라멘트(116B)에 의해 점유되는 측면 면적은 구형체(46)과 스페이서(110)에 의해 제어된다.Since each gate opening 80 is vertically concentrated at the position of the corresponding removed spherical body 46, the position of the spherical particles 46 defines the electron-emitting filament 116B. Similar to the process of FIG. 5, the lateral area occupied by filament 116B is controlled by sphere 46 and spacer 110.

도 4g의 (1)의 구조체에서 도 6의 후반 공정 일련을 시작하는 대신에, 후반 공정 일련은 도 4f의 구조체에서 시작될 수 있다. 추가층(74A)은 제거된다. 에칭 마스크로써 제 1 층(72A)을 사용하고, 게이트층(60)은 도 6a의 구조체를 생산하기 위하여 제 1 개구부(78)을 통해 이방적으로 에칭된다.Instead of starting the latter process series of FIG. 6 in the structure of FIG. 4G (1), the latter process series may begin in the structure of FIG. 4F. The additional layer 74A is removed. Using first layer 72A as an etch mask, gate layer 60 is anisotropically etched through first opening 78 to produce the structure of FIG. 6A.

도 2과 도3의 각 공정의 전반 일부는 또한 필라멘트 전자방출소자를 가지는 게이트된 전계 이미터를 생산하기 위한 발명에 따라 도 6의 후반 공정 일련과 함께 완료될 수 있다. 레벨링에서 부분적인 차이와 제 1 층과 게이트층 두께에서 잠재적인 차이에 따라, 도 6a의 구조체는 도 2의 공정의 전반 일부와 도 6의 후반 공정 일련을 위하여 접합점으로써 사용하기 위해 도 2d의 구조체를 반복한다.Some of the first half of each process of FIGS. 2 and 3 may also be completed with the latter process series of FIG. 6 in accordance with the invention for producing gated field emitters having filament electron-emitting devices. Depending on the partial differences in leveling and potential differences in the thicknesses of the first and gate layers, the structure of FIG. 6A is the structure of FIG. 2D for use as a junction for the first half of the process of FIG. 2 and the latter process series of FIG. 6. Repeat.

도 3e의 구조체는 도 2의 공정의 전반 일부와 도 6의 후반 공정 일련을 위하여 접합점으로써 사용한다. 도 3e에 관하여, 게이트개구부(80)은 에칭 마스크로써 제 1 층(62A)을 사용하는 제 1 개구부를 통해 게이트층(60)을 이방성으로 에칭하므로써 만들어진다. 레벨링에서 부분적인 차이와 잠재적으로 다른 제 1층 두께에 따라, 도 6a의 구조체는 다시 생산된다.The structure of FIG. 3E is used as a junction for the first half of the process of FIG. 2 and the latter process series of FIG. 6. 3E, the gate opening 80 is made by anisotropically etching the gate layer 60 through the first opening using the first layer 62A as the etching mask. According to the partial difference in leveling and potentially different first layer thickness, the structure of FIG. 6A is produced again.

두 개의 전 단락에 서술된 대안에서, 필라멘트(116B)의 위치는 다시 조각(46)에 의해 한정된다. 그와 같이, 구형체(46)과 스페이서(110)는 필라멘트(116B)에 의해 점유되는 측면 면적을 제어한다. 구형체 크기와 표면 밀도는, 스페이서 두께에 따라서, 필라멘트(116B)가 제어된 크기에서 높은 균일한 전자 방출을 제공하도록 그 다음에 적당하게 다양화되어질 수 있다.In the alternative described in the two previous paragraphs, the position of the filament 116B is again defined by the piece 46. As such, sphere 46 and spacer 110 control the lateral area occupied by filament 116B. The spherical size and surface density may then be appropriately varied so that the filament 116B provides a high uniform electron emission at a controlled size, depending on the spacer thickness.

도 7a 에서 도 7j(총괄하여 "도 7")은 발명에 따라 구형 입자가 게이트개구부를 한정하는데 사용하고 필라멘트의 전자방출소자를 만드는데 활용하는 게이트된 전계-방출 음극을 제조하기 위한 전 공정의 예를 제시한다. 도 7의 공정에서, 기판(40), 낮은 비절연 영역(42), 및 절연층(44)의 초기 구조체 구성은, 사실상 도 2의 공정과 동일한 방법으로 형성된다. 도 2a를 반복한 도 7a는 도 7의 공정을 위한 구조체(40/42/44)를 나타낸다. 그와 같이, 도 7b에 나타낸 것과 같이, 고체 구형체 조각(46)은 절연층(44)의 맨위를 지나 분배된다. 구형체 침전은 도 2의 공정을 위해 상기한 기술에 따라 랜덤하게, 또는 아주 랜덤하게 실행된다.7A to 7J (collectively “FIG. 7”) are examples of previous processes for producing gated field-emitting cathodes in which spherical particles are used to define gate openings and utilized to make filament electron-emitting devices in accordance with the invention. To present. In the process of FIG. 7, the initial structure configuration of the substrate 40, the low non-insulating region 42, and the insulating layer 44 is formed in substantially the same manner as the process of FIG. 2. Repeated FIG. 2A shows a structure 40/42/44 for the process of FIG. 7. As such, as shown in FIG. 7B, the solid spherical piece 46 is distributed past the top of the insulating layer 44. The spherical precipitation is carried out randomly or very randomly according to the techniques described above for the process of FIG. 2.

전기적으로 비절연 게이트 재료는 대개 증발 또는 조준된 스퍼터링과 같은 기술을 사용하는 층(44)의 위쪽 표면에 사실상 수직인 방향인 절연층(44)과 구형 입자(46)에 침전된다. 게이트 재료는 각각 균일한 두께의 전기적으로 비절연 게이트층(120A)을 형성하기 위해 조각(46)사이의 공백에 절연층(44)에 축적된다. 도 7c를 보자. 게이트 재료의 일부(120B)는 구형체(46)의 위쪽 반에 동시에 축적된다. 게이트 재료 일부(120B)가 게이트층(120A)에 브릿지하는 것을 피하기 위하여, 게이트층(120A)의 두께는 보통 평균 구형체 반경보다 적다. 게이트 재료는 전형적으로 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 텅스텐, 또는 금과 같은 금속으로 이루어진다.Electrically non-insulated gate material is usually deposited in insulating layer 44 and spherical particles 46 in a direction that is substantially perpendicular to the upper surface of layer 44 using techniques such as evaporation or aimed sputtering. Gate material accumulates in the insulating layer 44 in the gaps between the pieces 46 to form electrically non-insulating gate layers 120A of uniform thickness, respectively. See FIG. 7C. A portion of the gate material 120B accumulates simultaneously in the upper half of the sphere 46. In order to avoid bridging the gate material portion 120B to the gate layer 120A, the thickness of the gate layer 120A is usually less than the average spherical radius. The gate material typically consists of a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, tungsten, or gold.

구(46)는 전형적으로 도 2의 공정에 활용된 기술에 따라 제거된다. 구형체의 제거 동안에, 게이트 재료 일부(120B)는 도 7d의 구조체를 생산하기 위해 제거된다. 게이트개구부(122)은 제거된 조각(46)의 각각의 위치에서 게이트층(120A)을 통해 확장된다. 게이트개구부(122)은 조각(46)이 구형이기 때문에 크게 원형이 된다. 각각의 게이트개구부(122)의 직경은 대략 대응하는 제거된 구형체(46)의 직경과 같다. 게이트개구부(122)은 게이트층 에칭을 위한 필요없이 게이트층(120A)의 침전동안에 만들어지기 때문에, 게이트 재료는 여기서 금이 될 수 있다.The spheres 46 are typically removed according to the techniques utilized in the process of FIG. During removal of the sphere, gate material portion 120B is removed to produce the structure of FIG. 7D. Gate opening 122 extends through gate layer 120A at each location of removed piece 46. The gate opening 122 is largely circular because the piece 46 is spherical. The diameter of each gate opening 122 is approximately equal to the diameter of the corresponding removed spherical body 46. Since the gate opening 122 is made during the deposition of the gate layer 120A without the need for gate layer etching, the gate material may be gold here.

적당하게 에칭된 스페이서(또는 코팅) 재료는 전형적으로 등각(conformal) 방법에서 도 7e에 나타낸 바와 같이 공백 스페이서(또는 코팅) 층(124)을 형성하기 위하여 절연층(44) 아래로 게이트층(120A)위와 게이트개구부(122)내로 침전된다. 스페이서층(124)은 조작의 맨위를 덮지만 완전하게 게이트개구부(122)을 채우지 못한다. 함몰부(126)은 게이트개구부(122)의 채워지지않은 일부에서 존재한다. 각각의 함몰부(126)은 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다.A suitably etched spacer (or coating) material is typically gated 120A under insulating layer 44 to form a blank spacer (or coating) layer 124 as shown in FIG. 7E in a conformal method. Above and into the gate opening 122. The spacer layer 124 covers the top of the operation but does not completely fill the gate opening 122. Depression 126 is present in the unfilled portion of gate opening 122. Each depression 126 is vertically concentrated at the corresponding gate opening 122.

스페이서 재료를 침전하기 위해 사용되는 CVD와 함께, 각각의 게이트개구부(122)을 따른 게이트층(120)의 측면 가장자리에서 스페이서층(124)의 두께는 어떤 주어진 높이에 각각 균일하다. 스페이서 재료는 게이트 재료와 전극간 비유전체에 대해 선택적으로 에칭할 수 있도록 선택된다. 스페이서 재료는 전형적으로 실리콘 질화물과 같은 전기적인 절연체(그 경우는 도 7e에 나타낸다)이지만 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속인 전기적인 비절연체는 될 수 없다. 스페이서 재료가 금속으로 이루어질 때, 스페이서 재료 침전은 전기화학적으로 실행될 수 있다. 이 경우에, 침전은 전형적으로 구조체의 위쪽 표면을 지나 등각(conformal)은 아니다.With the CVD used to deposit the spacer material, the thickness of the spacer layer 124 at the side edges of the gate layer 120 along each gate opening 122 is each uniform at any given height. The spacer material is selected to be able to selectively etch the non-dielectric between the gate material and the electrode. The spacer material is typically an electrical insulator, such as silicon nitride (shown in FIG. 7E) but cannot be an electrical non-insulator, for example a metal such as aluminum. When the spacer material is made of metal, the spacer material precipitation can be performed electrochemically. In this case, precipitation is typically not conformal beyond the upper surface of the structure.

이방성의 에칭은 게이트개구부(122)을 따라 게이트층(120A)의 측면 가장자리를 덮는 일부(124A)를 제외한 사실상 스페이서층(124)의 전부를 제거하기위해 실행된다. 도 7f를 보자. 게이트개구부(122)의 바닥에서 스페이서층(124)의 중심 일부는 에칭동안에 제거되므로써, 함몰부(126)은 절연층(44) 아래로 스페이서층(124)을 통해 확장되고 틈(126A)이 되도록 약간 넓어진다(도 7f에 보이지 않았다).Anisotropic etching is performed to remove virtually all of the spacer layer 124 except for the portion 124A that covers the side edges of the gate layer 120A along the gate opening 122. See Figure 7f. A portion of the center of the spacer layer 124 at the bottom of the gate opening 122 is removed during etching so that the depression 126 extends through the spacer layer 124 below the insulating layer 44 and becomes a gap 126A. Slightly widened (not shown in FIG. 7F).

각각의 스페이서 일부(124A)는 도 7f에 그림을 넣은 아주 작은 것이다. 스페이서(124A)를 더 명확하게 설명하기 위해, 도 8a는 왼쪽의 전자방출소자를 의한 의도된 위치 주위에 집중된 도 7f의 구조체 일부의 확장된 모습을 제시한다.Each spacer portion 124A is a very small one, as shown in FIG. 7F. To more clearly describe the spacer 124A, FIG. 8A presents an expanded view of a portion of the structure of FIG. 7F focused around the intended location by the left electron emitting device.

게이트층(120A)과 스페이서(124A)를 에칭 마스크로써 사용하고, 절연층(44)은 낮은 비절연 영역(42) 아래로 층(44)을 통한 대응하는 비유전체 개구부(128)을 형성하기 위해 틈(126A)을 통해 이방성으로 에칭된다. 도 7g를 보자. 아이템(44F)은 절연층(44)의 나머지이다. 함몰부(126)가 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중되기 때문에, 각각의 합성개구부(126A/128)는 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다.Gate layer 120A and spacer 124A are used as an etch mask, and insulating layer 44 is used to form a corresponding non-dielectric opening 128 through layer 44 under low non-insulating region 42. Anisotropically etched through the gap 126A. See Figure 7g. Item 44F is the remainder of insulating layer 44. Since the depression 126 is vertically concentrated at the gate opening 122, each composite opening 126A / 128 is vertically concentrated at the corresponding gate opening 122.

전기적으로 비절연 필라멘트 재료는 낮은 비절연 영역(42)를 접촉하는 전조 전자방출소자를 형성하기 위해 합성개구부(또는 틈)(126A/128)내로 전기화학적으로 침전된다. 도 7h는 결과 구조체를 나타낸다. 전기화학적인 침전은 다시 전형적으로 상기 인용한 미국 특허 제5,564959호에 서술된 방법으로 실행된다. 그와 같이, 이미터 필라멘트 재료 금속은 다시 보통 니켈 또는 백금과 같은 금속이다.The electrically non-insulating filament material is electrochemically deposited into the composite openings (or gaps) 126A / 128 to form a precursor electron-emitting device that contacts the low non-insulating region 42. 7H shows the resulting structure. Electrochemical precipitation is again typically carried out by the method described in US Pat. No. 5,564959, cited above. As such, the emitter filament material metal is again usually a metal such as nickel or platinum.

침전 시간은 비유전체 개구부(128)을 완전하게 채우기에 충분히 길고 틈(126A)을 부분적으로 채우기에 충분하지만 각각의 전조 전자방출소자(130)은 그것의 스페이서(124A)를 넘어 측면으로 확장된다. 따라서, 전조 소자(130)는 스페이서 일부(124A)(의 두께)에 의해 게이트층(120A)으로부터 측면으로 분리된다. 스페이서(124A)는 도 7h에 그림을 넣은 작은 것이기 때문에, 도 8b는 왼쪽의 전조 소자(130)에 집중된 도 7h의 구조체 일부의 확장된 모습을 제시한다.The settling time is long enough to completely fill the non-dielectric opening 128 and enough to partially fill the gap 126A, but each precursor electron-emitting device 130 extends laterally beyond its spacer 124A. Thus, the precursor element 130 is separated laterally from the gate layer 120A by the spacer portion 124A (thickness). Since the spacer 124A is a small one illustrated in FIG. 7H, FIG. 8B shows an expanded view of a portion of the structure of FIG. 7H centered on the precursor element 130 on the left.

스페이서 일부(124A)는 게이트층(120A)을 상당히 침투하지 않는 에칭제를 사용하여 제거된다. 게이트층(120A)을 에칭 마스크로써 사용하고, 절연층(44F)은 전조 전자방출소자(130) 주위에 대응하는 비유전체 열린 스페이서(132)를 형성하기 위한 방법인, 전형적으로 등방성인 아래가 잘리지 않은 것에 게이트 개구부를 통해 에칭된다. 도 7i내의 아이템(44G)은 절연층(44F)의 나머지이다. 비유전체 열린 스페이서(132)는 절연층(44G)을 통해 부분적으로 또는 완전히 확장될 수도 있다. 도 7i는 케이스를 통해 부분적으로 나타낸다.The spacer portion 124A is removed using an etchant that does not significantly penetrate the gate layer 120A. The gate layer 120A is used as an etching mask and the insulating layer 44F is typically isotropic undercut, which is a method for forming a corresponding non-dielectrically open spacer 132 around the precursor electron-emitting device 130. Not etched through the gate opening. Item 44G in FIG. 7I is the remainder of insulating layer 44F. The non-dielectric open spacer 132 may be partially or fully extended through the insulating layer 44G. 7i is shown in part through the case.

전자광택/예리하게 하는 작동은 예리해진 팁과 함께 전조 전자방출소자를 제공하기 위해 처리된다. 도 7j는 결과 구조체를 나타낸다. 필라멘트의 전자방출소자(132A)는 전조 소자(130)의 예리해진 나머지이다. 전자광택/예리하게하는 작동은 미국 특허 제5,564,959호에 서술된 종류의 기술에 따라 다시 실행된다.Electro-gloss / sharpening operation is processed to provide a precursor electron emitting device with a sharpened tip. 7J shows the resulting structure. The electron-emitting device 132A of the filament is the sharpened remainder of the precursor device 130. Electro-gloss / sharpening operation is again performed according to the kind of technique described in US Pat. No. 5,564,959.

도 7i와 도 7j에 나타낸 작동은 역이 될 수 있다. 즉, 전조 소자(130)는 비유전체 열린 스페이서(132)가 소자(130A) 주위에 형성된 후에 전자방출 필라멘트(130A)를 형성하기 위해 전자광택/예리하게 될 수도 있다. 또한, 열린 스페이서(132)는 스페이서가 게이트층(120A)을 상당하게 아래를 자르지 않도록 이방성의 에칭에 의해 형성될 수 있다.The operations shown in FIGS. 7I and 7J can be reversed. That is, the precursor element 130 may be electropolished / sharpened to form the electron-emitting filament 130A after the non-dielectric open spacer 132 is formed around the element 130A. In addition, the open spacer 132 may be formed by anisotropic etching so that the spacer does not significantly cut down the gate layer 120A.

어떤 경우에, 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된 합성개구부(126A/128)과 함께, 각각의 필라멘트 전자방출소자(130A)는 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다. 각각의 게이트개구부(122)은 대응하는 제거된 구형체(46)에 수직적으로 집중되기 때문에, 구형 입자(46)은 필라멘트(130A)의 위치를 한정한다. 필라멘트(130A)에 의해 점유되는 측면 면적은 구형체(46)의 직경과 스페이서(124)의 두께에 의해 제어된다. 필라멘트(130B)는 스페이서 두께를 따라 구형체 크기와 표면 밀도를 적당하게 조정하므로써 제어된 크기에서 높은 균일한 전자방출을 제공하기 위해 정열될 수 있다.In some cases, with the composite openings 126A / 128 centrally concentrated at the gate opening 122, each filament electron-emitting device 130A is vertically concentrated at the corresponding gate opening 122. Since each gate opening 122 is concentrated perpendicularly to the corresponding removed spherical body 46, the spherical particles 46 define the position of the filament 130A. The side area occupied by the filament 130A is controlled by the diameter of the sphere 46 and the thickness of the spacer 124. The filaments 130B can be aligned to provide high uniform electron emission at a controlled size by appropriately adjusting spherical size and surface density along the spacer thickness.

도 9a에서 도 9c(총괄적으로 "도 9")는 발명에 따라 필라멘트의 전자방출소자를 가지는 게이트된 전계-방출 음극을 제조하는데 있어서 도 7g의 구조체가 적용될 수 있는 공정 일련의 확장된 모습을 설명한다. 도 7a에서 도 7g, 및 도 9의 공정에서, 스페이서 일부(124A)는 전기적으로 비절연 재료, 보통 금속으로 이루어지고 그것은 이미터 필라멘트 재료와 게이트 재료에 대해 선택적으로 에칭할 수 있다. 예를 들어, (a)게이트 재료가 크롬일 때, (b)필라멘트 재료가 니켈일 때, 일부(124A)의 스페이서 재료는 전형적으로 알루미늄이다. 또한, 도 14에 관하여 아래에 더 완전하게 서술한 바와 같이, 도 9의 공정 일련에 낮은 비절연 이미터 영역(42)은 더 낮은 전기적으로 전도성의 층과 위쪽의 전기적으로 저항성의 층으로 이루어진다.9A to 9C (collectively "FIG. 9") illustrate an expanded set of processes in which the structure of FIG. 7G can be applied to fabricate a gated field-emitting cathode having an filament electron-emitting device according to the invention. do. In the process of FIGS. 7A-7G and 9, the spacer portion 124A is made of an electrically non-insulating material, usually a metal, which can selectively etch the emitter filament material and the gate material. For example, when (a) the gate material is chromium and (b) the filament material is nickel, the spacer material of some 124A is typically aluminum. Further, as described more fully below with respect to FIG. 14, the low non-insulating emitter region 42 in the process series of FIG. 9 consists of a lower electrically conductive layer and an electrically resistive layer thereon.

도 7g의 구조체에서 시작하여, 이미터 필라멘트 재료는 전조 필라멘트의 전자방출소자(134)를 형성하기 위해 합성 틈(126A/128)내로 전기화학적으로 침전된다. 전기화학적인 침전 동안에, 게이트층(120A)은 제어 전극으로써 작용한다. 비절연 스페이서(124A)는 게이트층(120A)와 접촉하여 전극의 부분으로써 사용된다. 침전 양극은 침전 전해질에 놓여진다. 낮은 비절연 이미터 영역(42)은 침전 양극이다. 비유전체 개구부(126A)내로 침전되는 필라멘트 재료가 낮은 비절연 영역(42)와 접촉하기 때문에, 틈(126A/128)에 축적되는 필라멘트 재료는 침전 양극의 부분으로써 사용된다.Starting with the structure of FIG. 7G, the emitter filament material is electrochemically precipitated into the composite gap 126A / 128 to form the electron-emitting device 134 of the rolled filament. During electrochemical precipitation, gate layer 120A acts as a control electrode. The non-insulating spacer 124A is used as part of the electrode in contact with the gate layer 120A. The precipitation anode is placed in the precipitation electrolyte. The low non-insulating emitter region 42 is the precipitation anode. Since the filament material precipitated into the non-dielectric opening 126A contacts the low non-insulating region 42, the filament material accumulated in the gaps 126A / 128 is used as part of the precipitation anode.

낮은 비절연 영역(42)의 낮은 전도성의 층은 이미터 필라멘트 재료가 비절연 영역(42)의 위쪽 저항성의 층에 비유전체 개구부(126A)에 전기화학적으로 축적하기에 충분한 전압에서 유지된다. 게이트층(120A)은, 반면에, 필라멘트 재료가 게이트층(120A)과 비절연 스페이서(124A)와 함께 형성되는 제어 전극에 전기화학적으로 축적하기에 부족한 전압에서 유지된다.The low conductivity layer of the low non-insulating region 42 is maintained at a voltage sufficient for the emitter filament material to electrochemically accumulate in the non-dielectric opening 126A in the resistive layer above the non-insulating region 42. Gate layer 120A, on the other hand, is maintained at a voltage that is insufficient for the filament material to electrochemically accumulate in the control electrode formed with gate layer 120A and non-insulating spacer 124A.

비유전체 개구부(126A)내에 필라멘트 재료의 축적은 도 9a에 지점(136)이 지시하는 바와 같이 전조 전자방출 필라멘트(134)가 비절연 스페이서(124A)에 접촉할때까지 계속된다. 각각의 전조 필라멘트(134)가 그것의 비절연 스페이서(124A)와 접촉할 때, 필라멘트(134)는 게이트층(120A)과 비절연 스페이서(124A)로 형성된 제어 전극에 전기적으로 단락된다. 각각의 단락된 필라멘트(134)의 전압은 필라멘트 재료의 전기화학적인 침전을 위해 충분한 침전 양극에서 필라멘트 재료 침전을 위해 부족한 제어-전극 값까지 변화한다. 따라서, 필라멘트(134)의 전기화학적인 침전은 종료된다.Accumulation of the filament material in the non-dielectric opening 126A continues until the precursor electron-emitting filament 134 contacts the non-insulating spacer 124A as indicated by point 136 in FIG. 9A. When each rolled filament 134 is in contact with its non-insulated spacer 124A, the filament 134 is electrically shorted to the control electrode formed of the gate layer 120A and the non-insulated spacer 124A. The voltage of each shorted filament 134 varies from a settling anode sufficient for electrochemical settling of the filament material to a control-electrode value that is insufficient for settling the filament material. Thus, the electrochemical precipitation of filament 134 ends.

각각의 전조 필라멘트(134)가 제어 전극에 전기적으로 단락될 때, 제어-전극 전류는 그 필라멘트(134)와 낮은 비절연 영역(42)내에 위쪽 저항성의 층의 아래에 놓인 일부를 통해 흐른다. 각각의 단락된 필라멘트(134)와 위쪽 저항성의 층의 아래에 놓인 일부의 결합 저항 RD은전압 강하 VD가 필라멘트(134)와 낮은 저항성의 층의 아래에 놓인 일부를 지나서 생기게 하는 원인이 된다.When each precursor filament 134 is electrically shorted to the control electrode, control-electrode current flows through the portion underlying the upper resistive layer in the filament 134 and the low non-insulating region 42. Each shorted filament 134 and some coupling resistance R D underneath the upper resistive layer causes a voltage drop V D to pass past the portion underneath the filament 134 and low resistive layer. .

각각의 전기적으로 단락된 필라멘트(134)에 대해, 결합 저항 RD의값은 전압 강하 VD가 필라멘트 재료의 전기화학적인 침전을 위해 충분한 값에 변화로부터 비절연 영역(42)의 낮은 전도성의 층의 침전-양극을 막기에 적절한 값에 도달하도록 하기에 충분히 높다. 따라서, 하나의 전조 필라멘트(134)의 침전의 종료는 또하나의 전조 필라멘트(134)의 침전에 약간의 영향을 준다. 전조 필라멘트(134) 전부의 침전은 사실상 그것들의 각각이 독립적으로 그것의 비절연 스페이서(124A)를 접촉할 때 종료한다. 필라멘트 재료는 따라서 전조 필라멘트(134)가 게이트층(120A)에 연결하는 원인이 되기에 충분히 멀어서 틈(126A)의 외부를 부풀릴 수 없다.For each electrically shorted filament 134, the value of the coupling resistance R D is determined by changing the voltage drop V D from a change in the value sufficient for electrochemical precipitation of the filament material. High enough to reach an appropriate value to prevent the precipitation-anode. Thus, the end of precipitation of one precursor filament 134 has some effect on the precipitation of another precursor filament 134. Precipitation of all of the precursor filaments 134 actually terminates when each of them independently contacts its non-insulating spacer 124A. The filament material is thus far enough to cause the rolled filament 134 to connect to the gate layer 120A and cannot inflate outside of the gap 126A.

게이트층(120A) 또는 전조 전자방출 필라멘트를 상당히 침투하지 않는 적당한 에칭제를 사용하고, 스페이서 일부(124)는 도 9b의 구조체를 생산하기 위해 제거된다. 전자광택/예리하게 하는 작동은 전조 소자를 도 9c에 나타낸 바와 같이 예리해진 필라멘트의 전자방출소자(134A)내로 변환하도록 실행된다.Using a suitable etchant that does not significantly penetrate the gate layer 120A or the precursor electron emitting filaments, the spacer portion 124 is removed to produce the structure of FIG. 9B. Electro-gloss / sharpening operation is performed to convert the precursor element into the electron-emitting device 134A of the sharpened filament as shown in FIG. 9C.

게이트층(120A)을 에칭 미스크로써 사용하여, 절연층(44)은 아래가 잘리지 않은, 전형적으로 등방성인, 전자방출 필라멘트(134A) 주위에 대응하는 비유전체 열린 스페이스(138)를 형성하기 위한 방법에 게이트개구부(122)을 통해 에칭된다. 도 9c에 아이템(44H)은 절연층(44F)의 나머지이다. 전자광택/예리하게 하는 작동은 비유전체 열린 스페이스(138)를 만들기 위한 에칭 전후에 실행될 수 있다. 어느 한 경우에, 도 9c의 구조체는 상기한 방법에 따라 공정된다.Using the gate layer 120A as an etch mist, the insulating layer 44 is intended to form a corresponding non-dielectric open space 138 around the electron-emitting filament 134A, which is not cut below, typically isotropic. The method is etched through the gate opening 122. Item 44H in FIG. 9C is the remainder of insulating layer 44F. Electro-gloss / sharpening operations can be performed before and after etching to make the non-dielectric open space 138. In either case, the structure of FIG. 9C is processed according to the method described above.

비유전체 열린 스페이스(138)가 전자광택/예리하게 하는 작동전이나 작동 후에 만들어지는 것과 상관없이, 각각의 필라멘트의 전자방출소자(134A)는 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다. 따라서, 구형체(46)는 전자방출 필라멘트(134A)의 위치를 한정한다. 또한, 구형체(46)와 스페이서(124A)는 필라멘트(134A)에 의해 점유되는 측면 면적을 제어한다. 필라멘트(134A)로부터 전자방출의 균일과 크기는 그 다음에 스페이서 두께에 따라 결합에서 구형체 크기와 표면 밀도를 적당하게 다양화하므로써 제어된다.Regardless of whether the non-dielectric open space 138 is made before or after the electropolished / sharpened operation, the electron-emitting device 134A of each filament is concentrated perpendicularly to the corresponding gate opening 122. Thus, the spherical body 46 defines the position of the electron-emitting filament 134A. In addition, the sphere 46 and the spacer 124A control the side area occupied by the filament 134A. The uniformity and size of the electron emission from the filament 134A is then controlled by suitably varying the spherical size and surface density in the bond depending on the spacer thickness.

도 9의 공정 일련에 필라멘트 재료의 전기화학적인 침전을 자동으로 종료하는데 활용되는 기술은 도 6a에서 도 6d의 공정 일련을 포함하는공정에 적용될 수 있다. 이 경우에, 고리 모양의 스페이서 일부(110A)는 보통 필라멘트와 게이트 재료에 대해 선택적으로 에칭할 수 있는 금속, 전기적으로 비절연 금속으로 이루어진다. 스페이서 일부(110A)는 또한 주요한 재료에 대해 선택적으로 에칭할 수 있다. 주요한 층(72A)은 다시 보통 필라멘트와 게이트 재료에 대해 선택적으로 에칭할 수 있는 알루미늄과 같은 금속인, 전기적으로 비절연재료로 이루어진다. 낮은 비절연 영역(42)은 다시 도 14에 관해 후기한 바와 같이 낮은 전도성의 층과 위쪽 저항성의 층으로 이루어진다.The technique utilized to automatically terminate the electrochemical precipitation of the filament material in the process series of FIG. 9 can be applied to processes involving the process series of FIG. 6A through FIG. 6D. In this case, the annular spacer portion 110A is usually made of a metal, electrically non-insulating metal, which can be selectively etched against the filaments and gate material. Spacer portion 110A may also be selectively etched for the primary material. The major layer 72A is again made of an electrically non-insulating material, which is usually a metal such as aluminum that can be selectively etched against the filaments and gate material. The low non-insulating region 42 again consists of a low conductive layer and an upper resistive layer as described later with respect to FIG. 14.

도 6d의 구조체에서 시작하여, 이미터 필라멘트 재료의 전기화학적인 침전은 제어 전극과 같은 작용을 하는 게이트층(60B)내의 전기화학적인 셀과 함께 실행된다. 스페이서 일부(110A)는 게이트층(60B)와 접촉하기 때문에, 스페이서(110A)는 제어 전극의 부분으로써 작용한다. 침전 양극이 침전 전해질내에 놓이면, 낮은 비절연 이미터 영역(42)은 침전 양극이다. 필라멘트 재료는 비유전체 개구부(114)내로 침전되므로 침전 양극의 부분으로써 사용한다.Beginning with the structure of FIG. 6D, electrochemical precipitation of emitter filament material is performed with an electrochemical cell in gate layer 60B that acts like a control electrode. Since the spacer portion 110A is in contact with the gate layer 60B, the spacer 110A acts as part of the control electrode. When the precipitation anode is in the precipitation electrolyte, the low non-insulating emitter region 42 is the precipitation anode. The filament material is deposited into the non-dielectric opening 114 and used as part of the precipitation anode.

각각의 비유전체 개구부(114)내에 축적하는 필라멘트 재료가 대응하는 스페이서 일부(110A)를 접촉할 때, 전자방출 필라멘트(116)를 위한 침전 양극은 제어 전극에 전기적으로 단락되는 개구부(114)내에 형성된다. 이것은 개구부(114)내로 필라멘트 재료의 전기화학적인 침전을 종료시킨다. 도 9a에 전조 필라멘트와 유사한 모양을 가진 전조 전자방출 필라멘트는 비유전체 개구부(114)내에 형성된다.When the filament material accumulating in each non-dielectric opening 114 contacts the corresponding spacer portion 110A, a settling anode for the electron-emitting filament 116 is formed in the opening 114 electrically shorted to the control electrode. do. This ends the electrochemical precipitation of the filament material into the opening 114. A precursor electron emitting filament having a shape similar to the precursor filament in FIG. 9A is formed in the non-dielectric opening 114.

제 1 층(72A)과 스페이서 일부(110A)는 후속하여 제거된다. 전자 광택 단계는 각각의 전자방출 필라멘트를 예리하게 하기위해 실행되고, 에칭은 필라멘트 주위에 비유전체 열린 스페이스를 만들기 위한 게이트개구부(80)을 통해 실행된다. 도 6, 도 7, 및 도 9의 공정 일련에서와 같이, 이러한 단계 중의 어느 한 것은 첫 번째로 실행될 수 있다. 결과 구조체는 일반적으로 도 6h 또는 도 7j에서 나타낸 비유전체의 열린 개구부 스페이스가 절연층(44)을 통해 완전하게 또는 부분적으로 확장됨에 따라 나타낸다.First layer 72A and spacer portion 110A are subsequently removed. The electron gloss step is performed to sharpen each electron emitting filament, and the etching is performed through the gate opening 80 to create a non-dielectric open space around the filament. As in the process series of Figures 6, 7, and 9, any of these steps may be performed first. The resulting structure is generally shown as the open aperture space of the non-dielectric shown in FIG. 6H or 7J extends completely or partially through the insulating layer 44.

도 5에서 도 7의 공정/공정 일련에서, 스페이서는 스페이서 재료의 공백층을 침전시키고 공백층의 불필요한 일부를 제거하므로써 만들어진다. 스페이서는, 그러나, 어떤 환경에서는 선택적인 침전 기술에 의해 형성되어질 수 있다. 필수 환경은 전형적으로 게이트층이그것의 측면 가장자리를 따라 노출되지만 그것의 위쪽 또는 아래쪽 표면을 따라 노출되지 않을 때 일어난다.In the process / process sequence of FIG. 5 to FIG. 7, spacers are made by precipitating a blank layer of spacer material and removing unnecessary portions of the blank layer. Spacers, however, may be formed by selective precipitation techniques in some circumstances. The required environment typically occurs when a gate layer is exposed along its side edges but not along its top or bottom surface.

도 10a에서 도 10g(총괄적으로 "도 10")는 필라멘트 전자방출소자를 가지는 게이트된 전계-방출 음극을 생산하기 위한 본 발명에 따라 도 3a에서 도 3f의 전반 공정 일련을 적용되고 선택적인 스페이서 침전을 활용하는 후반 공정 일련을 나타낸다. 도 3f를 반복한 도 10a에 설명된 바와 같이, 각각의 게이트개구부(66)은 도 10의 후반 공정 일련에 대응하는 제 1 개구부(64)보다 약간 커서 게이트개구부(66)이 제 1 층(62A)을 약간 아래를 자른다. 그럼에도 불구하고, 각각의 게이트 개구부(66)은 사실상 대응하는 제 1 개구부(64)과 동일한 직경일 수 있다. 게이트개구부(66)이 제 1층(62A) 아래를 자르던지 자르지 않던지간에 관계없이, 게이트층(60A)의 측면 가장자리만은 노출된다.10A to 10G (collectively " FIG. 10 ") are applied to the first half of the process series of FIG. 3F in FIG. 3A and selectively spacer precipitation in accordance with the present invention for producing a gated field-emitting cathode having a filament electron emitting device Represents a series of late processes that utilize. As illustrated in FIG. 10A, which repeats FIG. 3F, each gate opening 66 is slightly larger than the first opening 64 corresponding to the later process series in FIG. 10, so that the gate opening 66 is formed of the first layer 62A. Slightly cut down). Nevertheless, each gate opening 66 may be substantially the same diameter as the corresponding first opening 64. Regardless of whether the gate opening 66 is cut below the first layer 62A or not, only the side edges of the gate layer 60A are exposed.

전기화학적인 기술을 사용하고, 적당히 에칭할 수 있는 전기적으로 비절연 스페이서(또는 코팅) 재료는 고리 모양의 전기적으로 비절연 스페이서(140)를 형성하기 위한 게이트개구부(66)을 따라 게이트층(60)의 노출된 가장자리에 선택적으로 침전된다. 도 10b를 보자. 틈(142)은 각각으로 고리모양의 스페이서(140)를 통해 확장된다. 각각의 틈(142)는 대응하는 고리모양의 스페이서(140)에 수직적으로 정열된다. 전기화학적인 침전은 충분히 긴 시간 동안에 실행되고 각각의 틈(142)의 직경은 대응하는 게이트개구부(64)의 직경보다 상당히 적다.An electrically non-insulating spacer (or coating) material that uses an electrochemical technique and can be appropriately etched is the gate layer 60 along the gate opening 66 for forming an annular electrically non-insulating spacer 140. Is selectively deposited on the exposed edges of See Figure 10b. The gap 142 extends through the annular spacer 140, respectively. Each gap 142 is vertically aligned with a corresponding annular spacer 140. Electrochemical precipitation is carried out for a sufficiently long time and the diameter of each gap 142 is significantly less than the diameter of the corresponding gate opening 64.

전기화학적인 스페이서 침전 동안에, 게이트층(60A)은 침전 음극이다. 스페이서(140)가 게이트층(60A)을 접촉하기 때문에, 스페이서(140)는 그들이 게이트 가장자리를 따라 성장함에 따라 음극의 부분을 형성한다. 침전 양극은 참전 전해질에 놓여진다.During electrochemical spacer precipitation, gate layer 60A is a precipitation cathode. Because spacers 140 contact gate layer 60A, spacers 140 form portions of the cathode as they grow along the gate edge. The precipitated anode is placed in the veteran electrolyte.

스페이서(140)는 전자방출 필라멘트를 채우는데 사용되는 게이트층(62A), 절연층(44), 및 뒤의 재료에 대해 선택적으로 에칭할 수 있다. 스페이서 재료는 게이트 재료와 다르고 또한 필라멘트 재료와 다른 구리 또는 니켈과 같은 재료이다.Spacer 140 may selectively etch the gate layer 62A, insulating layer 44, and backing material used to fill the electron emitting filaments. The spacer material is a material such as copper or nickel that differs from the gate material and is different from the filament material.

에칭 마스크로써 게이트층(62A)과 스페이서(140)을 사용하고, 비절연층(44)은 낮은 비절연 영역(42) 아래로 절연층(44)을 통해 대응하는 비유전체 개구부(144)을 형성하기 위해 게이트개구부(64)과 틈(142)을 통해 이방성으로 에칭된다. 도 10c는 결과 구조체를 나타낸다. 아이템(44I)은 절연층(44)의 나머지이다. 비유전체 개구부(144)의 측벽은 아주 수직하다. 각각의 틈(142)은 대응하는 게이트개구부(64)보다 작은 직경이기 때문에, 각각의 틈(144)의 직경은 대략 대응하는 비유전에 개구부(142)의 직경과 같다.The gate layer 62A and the spacer 140 are used as an etching mask, and the non-insulating layer 44 forms a corresponding non-dielectric opening 144 through the insulating layer 44 under the low non-insulating region 42. In order to do so, they are etched anisotropically through the gate opening 64 and the gap 142. 10C shows the resulting structure. Item 44I is the remainder of insulating layer 44. The sidewalls of the non-dielectric openings 144 are very vertical. Because each gap 142 is smaller than the corresponding gate opening 64, the diameter of each gap 144 is approximately equal to the diameter of the opening 142 of the corresponding dielectric.

전기적으로 비절연 이미터 필라멘트 재료는 낮은 비절연 영역(44)을 접촉하는 전조 전자방출 필라멘트(146)를 형성하기 위한 비유전체개구부(144)내로 전기화학적으로 침전된다. 필라멘트 침전은 전조 필라멘트(146)가 스페이서(142)와 닿을때까지 또는 거의 닿을때까지 실행된다. 전기화학적인 필라멘트 침전은 전형적으로 미국 특허 제5.564,959호에 일반적으로 서술된 기술에 따라 실행된다. 필라멘트 침전은 선택된 침전 시간후 또는 도 9의 공정 일련에 활용되는 자동 기술에 따라서 종료된다.The electrically non-insulating emitter filament material is electrochemically precipitated into the non-dielectric opening 144 for forming the precursor electron-emitting filament 146 in contact with the low non-insulating region 44. Filament precipitation is effected until the precursor filament 146 contacts or nearly contacts the spacer 142. Electrochemical filament precipitation is typically performed according to the techniques generally described in US Pat. No. 5.564,959. Filament precipitation is terminated after the selected precipitation time or according to the automated technique utilized in the process series of FIG. 9.

전기화학적인 필라멘트 침전 동안에, 제 1 층(62A), 스페이서(140), 및 절연층(44I)의 조합은 전조 전자방출 필라멘트(146)가 게이트층(60A)와 닿는 것을 막기 위하여 게이트층(60A)(될 수 있는 한 구조체의 측면 주변을 따르는 것을 제외하고)을 캡슐에 싼다. 스페이서(140)는 전조 필라멘트(146)와 게이트층(60 A) 사이에 측면 스페이싱을 결정한다. 각각의 필라멘트(146)는 대응하는 게이트개구부(64)에 수직적으로 집중되므로 대응하는 제거된 구형체(46)의 위치에도 수직적으로 집중된다.During electrochemical filament deposition, the combination of the first layer 62A, spacer 140, and insulating layer 44I is used to prevent gate electron emission filament 146 from contacting gate layer 60A. Encapsulate (except as far as possible around the side of the structure). Spacer 140 determines the side spacing between the rolled filament 146 and the gate layer 60A. Each filament 146 is vertically concentrated at the corresponding gate opening 64 so that it is also vertically concentrated at the position of the corresponding removed spherical body 46.

제 1 층(62A)과 스페이서(140)는 도 10e에 나티낸 구조체를 생산하기 위해 제거된다. 제 1 층(62A)은 제거하는 스페이서(140)가 제거되기전에, 또는 그 역으로도 제거될 수 있다. 대신, 에칭제가 스페이서와 주요 재료를 에칭할 수 있을 때, 제 1 층(62A)과 스페이서(140)는 동시에 제거될 수 있다. 어떤 경우에는, 제거 작동은 게이트층(60A) 또는 전조 전자방출 필라멘트(146)를 상당히 침투하지 않는 에칭제로 실행된다. 게이트개구부(66)은 그것에 의해 다시 열려진다. 각각의 재열려진 게이트개구부(66)과 대응하는 비유전체개구부(146)은 대응하는 제 1 개구부(64)에 집중되기 때문에, 각각의 필라멘트(146)는 대응하는 게이트개구부(66)에 수직적으로 집중된다.The first layer 62A and spacer 140 are removed to produce the structure shown in FIG. 10E. The first layer 62A may be removed before the removing spacer 140 is removed or vice versa. Instead, when the etchant can etch the spacer and the main material, the first layer 62A and the spacer 140 can be removed at the same time. In some cases, the removal operation is performed with an etchant that does not significantly penetrate the gate layer 60A or the precursor electron-emitting filament 146. The gate opening 66 is opened again by it. Because each reopened gate opening 66 and the corresponding non-dielectric opening 146 are concentrated in the corresponding first opening 64, each filament 146 is concentrated vertically in the corresponding gate opening 66. do.

애창 마스크로써 게이트층(60A)을 사용하고, 절연층(44I)은 도 10f에 나타낸 바와 같이 전조 전자방출 필라멘트(146) 주위에 대응하는 비유전체 열린 스페이스(148)를 형성하기 위해 게이트개구부(66)을 통해 에칭된다. 아이템(44J)은 절연층(44I)의 나머지이다. 에칭은 등방성의 방법, 도 10f에 설명된 위치에 실행될 수 있다. 대신, 에칭은 비유전체 열린 개구부 스페이스(148)가 게이트층(60A) 아래를 자르도록 부분적으로 또는 완전하게 등방성인 방법에서 실행될 수 있다. 열린 스페이서(148)는 절연층(44J)을 통해 부분적으로 또는 완전하게 확장될 수도 있다. 도 10f는 상황을 완전하게 설명한다.The gate layer 60A is used as the wound mask, and the insulating layer 44I uses the gate opening 66 to form a non-dielectric open space 148 around the precursor electron emission filament 146 as shown in FIG. 10F. Is etched through). Item 44J is the remainder of insulating layer 44I. Etching may be performed at an isotropic method, the position described in FIG. 10F. Instead, etching may be performed in a method that is partially or completely isotropic such that the non-dielectric open aperture space 148 cuts under the gate layer 60A. Open spacer 148 may be partially or fully extended through insulating layer 44J. 10F completely describes the situation.

전자광택/예리하게 하는 작동은 그들과 함께 예리해진 팁을 제공하기 위해 전조 전자방출 필라멘트(146)에 실행된다. 도 10g를 보자. 아이템(146A)은 전조 필라멘트(146)의 예리해진 나머지이다. 다시 한 번, 전자광택/예리하게 하는 작동은 미국 특허 제5,564,959호에 서술된 종류의 기술에 따라 실행된다.Electro-gloss / sharpening operations are performed on the rolled electron-emitting filament 146 to provide a sharpened tip with them. See Figure 10g. Item 146A is the sharpened remainder of the rolled filament 146. Once again, electropolish / sharpening operation is performed according to the kind of technique described in US Pat. No. 5,564,959.

도 3a에서 도 3f, 및 도 10의 공정은 다양한 방법으로 수정될 수 있다. 도 2a에서 도 2d의 전반 공정 일련은 도 3a에서 도 3f의 전반 공정 일련으로 대체될 수 있다. 그와 같이, 추가층(74A)의 제거에 의해 수반되는 도 4의 전반 공정 일련(도 4g의 (1)의 변형 또는 도 4g의 (2)의 변형)은 도 3a에서 도 3f의 공정 일련으로 대체될 수 있다. 전조 전자방출 필라멘트(146)에 전자광택/예리하게 하는 작동은 비유전체 열린 스페이스(148)를 만들기전에 실행될 수 있다.3A to 3F, and the process of FIG. 10 can be modified in various ways. The first half process series of FIG. 2D in FIG. 2A may be replaced with the first half process series of FIG. 3F in FIG. 3A. As such, the first half process series (deformation of (1) of FIG. 4G or deformation of (2) of FIG. 4G) accompanied by removal of the additional layer 74A is the process sequence of FIG. 3A to FIG. 3F. Can be replaced. Electro-gloss / sharpening operations on the precursor electron-emitting filament 146 may be performed prior to making the non-dielectric open space 148.

최종 구조체에서, 각각의 전자방출 필라멘트(146A)는 대응하는 게이트 개구부(66)에 수직적으로 집중된다. 제거된 구형체(46)가 게이트 개구부(66)의 위치를 한정하므로써, 제거된 구형체(46)는 필라멘트(146A)의 위치를 한정한다. 각각의 전자방출 필라멘트(146A)의 측면 면적은 대응하는 제거된 구형체(46)의 직경과 대응하는 스페이서(140)의 측면 두께에 의해 제어된다. 스페이서 두께에 따라 구형체 크기와 조각 표면 밀도를 적당하게 조정하므로써, 필라멘트(146A)는 높은 균일한 전자방출을 제공할 수 있다.In the final structure, each electron-emitting filament 146A is vertically concentrated in the corresponding gate opening 66. As the removed sphere 46 defines the position of the gate opening 66, the removed sphere 46 defines the position of the filament 146A. The side area of each electron-emitting filament 146A is controlled by the diameter of the corresponding removed spherical body 46 and the side thickness of the corresponding spacer 140. By suitably adjusting the spherical size and the flake surface density in accordance with the spacer thickness, the filament 146A can provide high uniform electron emission.

도 2와 도7의 공정에서, 게이트 재료에 나타낸 바와 같이 게이트 개구부(54)와 게이트 개구부(122)은 구형 입자(46)의 제거후에 남는다. 그러나, 게이트 개구부(54)과 게이트 개구부(122)은 게이트 재료가 침전될때와 동시에 게이트층(48A)과 게이트층(120A)에 실제적으로 만들어진다. 유사한 설명은 도 3의 공정에 제 1 개구부(64)과 도 4의 공정 일련에 후속 개구부(76)을 적용한다.In the process of FIGS. 2 and 7, the gate opening 54 and the gate opening 122 remain after removal of the spherical particles 46 as shown in the gate material. However, the gate opening 54 and the gate opening 122 are actually made in the gate layer 48A and the gate layer 120A at the same time as the gate material is deposited. A similar description applies the first opening 64 to the process of FIG. 3 and the subsequent opening 76 to the process series of FIG. 4.

도 11a에서 도 11h(총체적으로 "도 11")는 발명에 따라 게이트된 전계방출 음극을 제조하는데 있어서 게이트 개구부를 한정하기 위해 활용되는 구형 입자(46)에서와 구형체(46)가 제거되기 전에 게이트 개구부내로 침전되는 스페이서 재료에서의 공정 일련을 설명한다. 도 11의 공정 일련을 위한 시점은 도 7a의 구조체(40/42/44)이다. 구형체(46)는 도 7b에 나타낸 바와 같이 게이트 재료 침전이 일반적으로 게이트층(120A)과 초과 게이트 재료 일부(120B)을 형성하기 위한 층(44)의 위쪽 표면에 수직한 방향에서 실행된 후에 절연층(44)의 맨위에 침전된다. 도 7c의 구조체에서 이 결과는 도 11a와 같이 여기에 반복된다. 게이트층(120)내의 게이트 개구부(122)은 도 11f에 명확하게 표시했다. 도 11a에서 게이트층 두께는 전형적으로 도 7의 제조 공정에서의 게이트층 두께보다 적다.11A to 11H (collectively " FIG. 11 ") are shown in FIG. 11A and before spherical body 46 is removed and in spherical particles 46 utilized to define gate openings in the manufacture of gated field emission cathodes. The process sequence in the spacer material that precipitates into the gate opening is described. The time point for the process series of FIG. 11 is the structure 40/42/44 of FIG. 7A. The sphere 46 is formed after the gate material precipitation is generally performed in a direction perpendicular to the upper surface of the layer 44 for forming the gate layer 120A and excess gate material portion 120B, as shown in FIG. 7B. It is deposited on top of the insulating layer 44. In the structure of FIG. 7C this result is repeated here as in FIG. 11A. The gate opening 122 in the gate layer 120 is clearly shown in FIG. 11F. The gate layer thickness in FIG. 11A is typically less than the gate layer thickness in the fabrication process of FIG. 7.

적당하게 에칭할 수 있는 스페이서 재료, 전형적으로 전기적인 절연체는 도 11b에 나타낸 바와 같이 게이트층(120A)위에 스페이서(또는 커버)층(150A)을 형성하기 위해 구조체의 맨 위에 침전된다. 스페이서층(150A)은 구형체(46)사이의 스페이서에 놓이게 된다. 스페이서 재료 침전은 스페이서층(150A)의 고리 모양의 일부(150B) 조각(46)아래의 절연층(44)위에 게이트개구부(122)내에 형성된 방법과 같이 실행된다. 스페이서 재료의 일부(150C)는 구형체(46)에 놓인 게이트 재료 일부(120B)에 동시에 축적된다. 초과 스페이서 재료 일부(150C)를 스페이서층(150A)에 연결하는 것을 피하기 위해, 층(150A)과 층(120A)의 전체 두께는 보통 구형체(46)의 평균 반경보다 적다.A properly etchable spacer material, typically an electrical insulator, is deposited on top of the structure to form a spacer (or cover) layer 150A over the gate layer 120A as shown in FIG. 11B. The spacer layer 150A is placed in the spacers between the spheres 46. Precipitation of the spacer material is performed in the same manner as the method formed in the gate opening 122 on the insulating layer 44 under the annular portion 150B fragment 46 of the spacer layer 150A. A portion 150C of the spacer material is simultaneously accumulated in a portion of the gate material 120B lying in the sphere 46. To avoid connecting a portion of excess spacer material 150C to spacer layer 150A, the overall thickness of layers 150A and 120A is usually less than the average radius of sphere 46.

스페이서 재료 침전은 전형적으로 비조준된 스퍼터링 또는 플라즈마-강화 CVD와 같은 균일한 비조준된 기술(즉, 스퍼터되는(sputtered) 재료의 충돌하는 원자의 자연 입사각에 실제적인 확산에서의 스퍼터링)에 의해 실행된다. 비조준 스퍼터링 동안에, 압력은 보통 10에서 100밀리토르이다. 비조준 스페이서 재료침전은 또한 각을 이루는 회전 스퍼터링 또는 각을 이루는 회전 증발과 같이 각이 있는 회전 기술에 의해 실행될 수 있다. 각이 있는 침전에서, 스페이서 재료는 층(44)의 위쪽 표면에 일반적으로 수직한 축에 대한 스페이서 재료의 소스에 대해 구조체(40/42/44)이 회전하는 동안 절연층(44)의 위쪽 표면에 대해 90°보다 상당히 적은 각에서 절연층(44)에 침전된다. 충돌하는 스페이서 재료의 원자가 순간적으로 각이 있는 회전 침전 동안에 조준된 빔을 형성할지라도, 스페이서 재료 소스에 대한 구조체(40/42/44)의 각이 있는 회전은 총괄적인 침전이 비조준되게 하는 원인이 된다.Spacer material precipitation is typically performed by uniform non-targeted techniques such as untargeted sputtering or plasma-enhanced CVD (i.e., sputtering at actual diffusion to the natural angle of incidence of the colliding atoms of the sputtered material). do. During non- aiming sputtering, the pressure is usually 10 to 100 millitorr. Non-targeted spacer material precipitation can also be performed by angled rotational techniques such as angled rotary sputtering or angled rotary evaporation. In angular precipitation, the spacer material is the upper surface of the insulating layer 44 while the structure 40/42/44 is rotated relative to the source of the spacer material about an axis generally perpendicular to the upper surface of the layer 44. Precipitates in the insulating layer 44 at an angle significantly less than 90 [deg.]. Although the atoms of the colliding spacer material instantaneously form the aimed beam during the angled rotational precipitation, the angular rotation of the structure 40/42/44 relative to the spacer material source causes the overall deposition to be un aimed. Becomes

스페이서 재료 침전이 조각(46)아래의 스페이스내로 균일한 비조준된 방법으로 실행될 때, 고리 모양의 스페이서 일부(150B)의 측면 두께 - 즉, 스페이서 재료(150A)가 구형체(46)에 의해 수직적으로 차단되는 면적내로 확장하는 반경 거리는 평균 구형체 반경의 20%에서 80%와 같을 수 있고 전형적으로 평균 구형체 반경의 50%를 약간 넘는다.When the spacer material precipitation is carried out in a uniform, non-targeted way into the space below the piece 46, the lateral thickness of the annular spacer portion 150B-ie the spacer material 150A is perpendicular to the sphere 46. The radial distance that extends into the area blocked by can be equal to 20% to 80% of the average sphere radius and typically slightly over 50% of the average sphere radius.

조각(46)은 다시 전형적으로 도 2의 공정에 활용되는 기술에 따라 제거된다. 구형체(46)의 제거 동안에, 초과 게이트 재료 일부(120B)와 초과 스페이서 재료 일부(150C)는 도 11c의 구조체를 생산하기 위해 동시에 제거된다. 틈(152)은 이제 제거된 구형체(46)의 위치에서 스페이서층(150A)을 확장한다. 특히, 틈(152)은 게이트개구부(122)에 놓인 고리 모양의 스페이서 일부(150B)를 통해 확장한다. 조각(46)은 아주 구형이기 때문에, 틈(152)은 주로 원형이다. 각각의 틈(152)은 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다.Piece 46 is again removed, typically according to the technique utilized in the process of FIG. During removal of the sphere 46, excess gate material portion 120B and excess spacer material portion 150C are simultaneously removed to produce the structure of FIG. 11C. The gap 152 now extends the spacer layer 150A at the location of the removed sphere 46. In particular, the gap 152 extends through the annular spacer portion 150B placed in the gate opening 122. Since the piece 46 is very spherical, the gap 152 is mainly circular. Each gap 152 is concentrated perpendicular to the corresponding gate opening 122.

에칭 마스크로써 스페이서층(150A)를 사용하고, 절연층(44)은 아래쪽 비절연 영역(42) 아래로 층(44)을 통한 대응하는 비유전체 개구부(154)을 형성하기 위해 이방적으로 에칭된다. 도 11d에서의 아이템(44K)은 절연층(44)의 나머지이다. 틈(152)은 게이트개구부(122)에 집중되기 때문에, 각각의 비유전체 개구부(154)은 대응하는 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중된다.Using spacer layer 150A as an etch mask, insulating layer 44 is anisotropically etched to form a corresponding non-dielectric opening 154 through layer 44 under lower non-insulating region 42. . Item 44K in FIG. 11D is the remainder of insulating layer 44. Since the gap 152 is concentrated in the gate opening 122, each non-dielectric opening 154 is vertically concentrated in the corresponding gate opening 122.

전기적으로 비절연 이미터 필라멘트 재료는 아래쪽 비절연 이미터 영역(42)을 접촉하는 전조 필라멘트의 전자방출소자(156)를 형성하기 위한 합성개구부(또는 틈)(152/154)내로 전기화학적으로 침전된다. 도 11e는 결과 구조체를 나타낸다. 다시 한 번, 전기화학적인 필라멘트 침전은 전형적으로미국 특허 제5,564,959호에 일반적으로 서술된 방법으로 실행된다. 그와 같이, 이미터 필라멘트 재료는 보통 니켈 또는 백금과 같은 금속이다.The electrically non-insulated emitter filament material is electrochemically deposited into the composite openings (or gaps) 152/154 for forming the electron-emitting devices 156 of the precursor filaments that contact the lower non-insulated emitter region 42. do. 11E shows the resulting structure. Once again, electrochemical filament precipitation is typically performed in the manner generally described in US Pat. No. 5,564,959. As such, the emitter filament material is usually a metal such as nickel or platinum.

전기화학적인 필라멘트 침전 동안에, 스페이서 일부(150B)를 포함하는 절연층(44)과 스페이서층(150A)의 조합은 전조 전자방출 필라멘트(156)가 게이트층(120A)을 접촉하는 것을 막기 위해 게이트층(120A)(될 수 있는 한 구조체의 측면 주변을 따르는 것을 제외하고)을 캡슐에 싼다. 스페이서(150B)는 게이트층(120A)과 전조 필라멘트(156) 사이에 측면 스페이싱을 한정한다.During electrochemical filament deposition, the combination of the spacer layer 150A and the insulating layer 44 including the spacer portion 150B is used to prevent the precursor electron-emitting filament 156 from contacting the gate layer 120A. Encapsulate (120A) (except as far along the side of the structure as possible). Spacer 150B defines side spacing between gate layer 120A and precursor filament 156.

전기화학적인 침전은 전형적으로 합성개구부(152/154)을 지나치게 채우기에 충분히 긴 시간동안 행해지지만 전자방출 필라멘트(156)가 스페이서층(158)의 맨위를 따라 다른 하나를 만나기 위해 충분히 길지는 않다. 따라서, 각각의 전자방출 필라멘트(156)는 합성개구부(152/154)의 외부를 튀어나오게 하는 캡 일부(156A)를 가진다. 자나친 채움은 필라멘트 재료의 핵응집과 성장에서의 차이 때문에 상당히 다른 종류의 전자방출 필라멘트의 제작 가능성을 감소시킨다.Electrochemical precipitation is typically done for a time long enough to overfill the synthetic openings 152/154 but not long enough for the electron-emitting filament 156 to meet the other along the top of the spacer layer 158. Thus, each electron-emitting filament 156 has a cap portion 156A that protrudes outside of the composite opening 152/154. Excessive filling reduces the possibility of fabricating considerably different types of electron emitting filaments due to differences in nucleation and growth of the filament material.

스페이서 일부(150B)를 포함하는 스페이서층(150A)은 제거된다. 도 11f를 보자. 스페이서 재료 제거는 대개 절연층(44K) 또는 게이트층(120A)을 상당히 침투하지 않는 에칭제로 행해진다. 결과로써, 게이트개구부(122)의 외부 일부는 다시 열려진다. 젖은 화학 약품, 또는 등방성의 성분을 가지는 플라즈마는 전형적으로 스페이서 재료 에칭을 실행하기 위해 사용된다.The spacer layer 150A, which includes the spacer portion 150B, is removed. See Figure 11f. Spacer material removal is usually done with an etchant that does not significantly penetrate the insulating layer 44K or gate layer 120A. As a result, the outer part of the gate opening 122 is opened again. Wet chemicals, or plasmas with isotropic components, are typically used to perform spacer material etching.

에칭 마스크로써 게이트층(120A)을 사용하고, 전자방출 필라멘트(156) 주위에 대응하는 비유전체 열린 스페이스(158)를 형성하기 위한 방법인 전형적으로 등방성인 아래를 자르지 않은 게이트개구부(122)을 통해 에칭된다. 도 11g를 보자. 아이템(44L)은 절연층(44K)의 나머지이다. 비유전체 열린 스페이스(158)는 절연층(44L)을 통해 부분적으로 또는 완전하게 확장될 수도 있다. 도 11g는 케이스를 통해 완전하게 설명한다.Using the gate layer 120A as an etch mask and through a typically isotropic uncut bottom opening 122 which is a method for forming a corresponding non-dielectric open space 158 around the electron-emitting filament 156. Is etched. See Figure 11G. Item 44L is the remainder of insulating layer 44K. The non-dielectric open space 158 may extend partially or completely through the insulating layer 44L. 11G is fully explained through the case.

전조 전자방출 필라멘트(156)는 캡(156A)을 제거하기 위해 공정되고 게이트개구부(122)을 통해 적어도 부분적으로 확장하는 예리해진 팁과 함께 남아있는 필라멘트의 일부를 제공한다. 도 11h는 필라멘트(156)의 나머지인 예리해진 전자방출 필라멘트(156B)내에 결과 구조체를 나타낸다. 예리해진 필라멘트(156B)는 전형적으로 도 5의 공정 일련에 예리해진 필라멘트를 만들기 위해 상기한 예리하게 하는 기술에 의해 전조 필라멘트(156)으로부터 만들어진다. 각각의 전자방출 필라멘트(156B)는 따라서 대응하는 게이트 개구부(122)에 수직적으로 집중된다.The precursor electron-emitting filament 156 provides a portion of the filament that is processed to remove the cap 156A and with a sharpened tip that at least partially extends through the gate opening 122. 11H shows the resulting structure in a sharpened electron emitting filament 156B that is the remainder of filament 156. The sharped filament 156B is typically made from the rolled filament 156 by the above-described sharpening technique to produce a sharped filament in the process series of FIG. 5. Each electron-emitting filament 156B is thus concentrated perpendicularly to the corresponding gate opening 122.

전자광택/예리하게 하는 작동은 비유전체 열린 스페이스(158)를 만든후에 행해질 수 있다. 도 11h의 구조체는 다시 생산된다. 또한, 이방성의 에칭은 그들이 게이트층(120A) 아래를 상당히 자르지 않도록 열린 스페이스(158)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 대신, 열린 스페이스(158)의 형성은 재워질 수 있다. 필라맨트 재료의 전기화학적인 침전을 자동으로 종료시키는 도 9의 공정 일련에 사용된 기술은 도 9의 공정 일련에서 자동적으로 종료된 필라멘트 침전과 동일한 방법으로 도 11의 공정에 적용될 수 있다.Electro-gloss / sharpening operation can be done after creating the non-dielectric open space 158. The structure of FIG. 11H is produced again. In addition, anisotropic etching may be used to form the open space 158 so that they do not significantly cut under the gate layer 120A. Instead, the formation of open space 158 can be put to sleep. The technique used in the process series of FIG. 9 to automatically terminate the electrochemical precipitation of filament material can be applied to the process of FIG. 11 in the same manner as the filament precipitation automatically terminated in the process series of FIG.

(a) 전자방출 필라멘트(156B)가 게이트개구부(122)에 수직적으로 집중되고 (b) 개구부(122)은 제거된 구형체(46)에 수직적으로 집중되므로, 필라멘트(156B)의 위치는 구형체(46)에 의해 결정된다. 필라멘트(156B)의 측면 면적은 구형체(46)의 직경과 스페이서 일부(150B)의 측면 두께에 의해 제어된다. 따라서, 필라멘트(156B)는 구형체 크기, 구형체 표면 밀도, 및 스페이서(150B)의 측면 두께를 적당히 조정하므로써 높은 균일한 전자 방출을 제공할 수 있다.Since (a) the electron-emitting filament 156B is vertically concentrated at the gate opening 122 and (b) the opening 122 is vertically concentrated at the removed sphere 46, the position of the filament 156B is Determined by (46). The side area of the filament 156B is controlled by the diameter of the sphere 46 and the side thickness of the spacer portion 150B. Thus, the filament 156B can provide high uniform electron emission by appropriately adjusting the spherical size, the spherical surface density, and the side thickness of the spacer 150B.

필라멘트의 전자방출소자를 가지는 전자 방출을 제조하기 위한 도 5에서 도 7, 도 10, 및 도11의 공정/공정 일련은 전부 게이트개구부내로 침전하는 스페이서 재료를 필요로 한다. 그러나, 구형체(46)의 평균 직경보다 상당히 적은 평균 직경의 전자방출 필라멘트를 가지는 게이트된 전자 이미터는 게이트내로 침전하는 스페이서 재료없이 제조될 수 있다. 도 12a에서 도 12i(총괄적으로 "도 12")는 게이트된 전계-방출 음극이 발명에 따라 어떻게 제조되는지의 예를 제시한다.The process / process series of Figs. 5 to 7, 10, and 11 for producing electron emission having the electron-emitting device of the filament all require a spacer material to settle into the gate opening. However, gated electron emitters with electron emitting filaments of average diameter significantly less than the average diameter of the spheres 46 can be made without spacer material that precipitates into the gate. 12A to 12I (collectively “FIG. 12”) provide an example of how a gated field-emitting cathode is made according to the invention.

도 12의 공정에서, 초기 구조체(40/42/44)은 도 2의 공정을 위해 상기한 바와 사실상 동일한 방법으로 형성된다. 도 2a를 반복한 도 12a를 보자. 고체 구형 입자(46)은 랜덤하게, 또는 아주 랜덤하게 도 2의 공정에 활용되는 기술에 따라 절연층(44)의 맨위를 지나 분배된다. 도 2b를 반복한 도 12b는 이 시점에서 구조체를 설명한다.In the process of FIG. 12, the initial structure 40/42/44 is formed in substantially the same manner as described above for the process of FIG. 2. See FIG. 12A which repeats FIG. 2A. Solid spherical particles 46 are randomly or very randomly distributed past the top of insulating layer 44 according to the technique utilized in the process of FIG. 2. 12B, which repeats FIG. 2B, illustrates the structure at this point.

아래쪽 (또는 첫 번째) 커버 재료는 도 12c에 나타낸 바와 같이 절연층(44)위에 아래쪽 커버층(160A)을 형성하기 위해 구조체의 맨위에 침전된다. 아래쪽 커버층(160A)은 조각(44) 사이의 스페이스에서 놓여진다. 커버층(160A)의 침전은 층(44) 위에 구형체(46) 아래의 스페이스에 형성된 커버층(160A)의 고리 모양의 일부와 같은 방법으로 실행된다. 아래쪽 커버 재료의 일부(160C)는 구형체(46)의 위쪽 반위에 동시에 축적된다.The bottom (or first) cover material is deposited on top of the structure to form the bottom cover layer 160A over the insulating layer 44 as shown in FIG. 12C. Lower cover layer 160A lies in the space between pieces 44. Precipitation of cover layer 160A is performed in the same manner as the annular portion of cover layer 160A formed in the space below spherical body 46 above layer 44. A portion 160C of the lower cover material accumulates simultaneously in the upper half of the sphere 46.

아래쪽 커버 재료의 침전은 전형적으로 도 11의 스페이서 재료 침전과 사실상 동일한 방법으로 실행된다. 아래쪽 커버 재료는 전형적으로 전기적인 절연체이다. 대신, 아래쪽 커버 재료는 전형적으로 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 또는 텅스텐과 같은 금속인 전기적인 비절연체가 될 수 있다. 이 경우에는 커버층(160A)의 부분은 나중에 게이트층의 부분을 형성한다.Precipitation of the bottom cover material is typically performed in substantially the same manner as the spacer material precipitation of FIG. 11. The bottom cover material is typically an electrical insulator. Instead, the bottom cover material can be an electrical non-insulator, typically a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, or tungsten. In this case, the portion of the cover layer 160A later forms a portion of the gate layer.

위쪽(또는 두 번째의) 커버 재료는 구형 입자(46) 사이에 스페이스내에 아래쪽 커버층(160A)위에 위쪽 커버층(162A)을 형성하기 위한 절연층(44)의 위쪽 표면에 사실상 수직인 방향으로 구조체의 맨위에 침전된다. 위쪽 커버 재료의 매우 작은(본질적으로 없는) 것은 아래쪽 커버 재료 일부(160B)위에 구형체(46) 아래에 스페이스에서 축적된다. 그러나, 위쪽 커버 재료의 일부(162B)는 아래쪽 커버 일부(160B)에 동시에 축적된다. 커버층(160A)과 커버층(162A)의 전체 두께는 보통 구형체(46)의 평균 반경보다 적다. 이것은 초과 커버 재료 일부(162B)가 커버층(162A)에 연결하는 것을 피하게 한다.The upper (or second) cover material is in a direction substantially perpendicular to the upper surface of the insulating layer 44 for forming the upper cover layer 162A over the lower cover layer 160A in the space between the spherical particles 46. Settles on top of the structure. Very small (essentially absent) of the top cover material accumulates in space below the spherical body 46 over the bottom cover material portion 160B. However, the portion 162B of the upper cover material accumulates simultaneously in the portion of the lower cover 160B. The overall thickness of cover layer 160A and cover layer 162A is usually less than the average radius of spherical body 46. This avoids connecting excess cover material portion 162B to cover layer 162A.

위쪽 커버층(162A)은 보통 전자 이미터를 위한 게이트층의 적어도 일부를 형성한다. 그 경우에는, 위쪽 커버 재료는 전형적으로 크롬, 니켈, 몰리브덴, 티타늄, 텅스텐, 또는 금과 같은 금속인 전기적으로 비절연 게이트 재료로 이루어진다. 대신, 위쪽 커버 재료는 만일 아래쪽 커버층(160A)이 나중에 게이트층이 된다면 전기적인 절연체가 될 수 있다.Top cover layer 162A typically forms at least a portion of the gate layer for the electron emitter. In that case, the top cover material typically consists of an electrically non-insulated gate material that is a metal such as chromium, nickel, molybdenum, titanium, tungsten, or gold. Instead, the top cover material can be an electrical insulator if the bottom cover layer 160A later becomes the gate layer.

구형 입자(46)은 이제, 다시 한 번 전형적으로 도 2의 공정에서 사용된 기술에 따라 제거된다. 제거된 구형체(46)에서 초과 커버 재료 일부(160C, 162B)는 도 12e의 구조체를 생산하기 위해 동시에 제거된다. 전형적으로 게이트 개구부으로 이루어진 위쪽 개구부(164)은 제거된 구형체(46)의 위치에서 위쪽 커버층(162A)을 통해 확장한다. 아래쪽 개구부(166)은 제거된 구형체(46)의 위치에서 아래쪽 커버층(160A)을 통해 특히 층(160A)의 커버 일부를 통해 유사하게 확장한다. 각각의 아래쪽 커버 개구부(166)은 대응하는 위쪽 커버 개구부(164)보다 작은 직경이다. 조각(46)은 주로 구형이기 때문에, 커버개구부(164)과 커버개구부(166)은 주로 원형이다. 각각의 아래쪽 개구부(166)은 대응하는 위쪽 개구부(164)에 집중된다.Spherical particles 46 are now removed once again, typically according to the techniques used in the process of FIG. 2. The excess cover material portions 160C, 162B in the removed sphere 46 are simultaneously removed to produce the structure of FIG. 12E. The upper opening 164, which typically consists of a gate opening, extends through the upper cover layer 162A at the location of the removed sphere 46. The lower opening 166 similarly extends through the lower cover layer 160A, in particular through the cover portion of layer 160A, at the location of the removed sphere 46. Each lower cover opening 166 is smaller in diameter than the corresponding upper cover opening 164. Since the piece 46 is mainly spherical, the cover opening 164 and the cover opening 166 are mainly circular. Each lower opening 166 is concentrated in a corresponding upper opening 164.

에칭 마스크로써 커버층(160A)과 커버층(162A)을 사용하고, 절연층(44)은 아래쪽 비절연 이미터 영역(42) 아래로 층(44)을 통한 대응하는 비유전체 개구부(164)을 형성하기 위해 커버 개구부(164)과 커버 개구부(166) 통해 이방적으로 에칭된다. 도 12f를 보자. 아이템(44M)은 절연층(44)의 나머지이다. 각각의 아래쪽 커버 개구부(166)은 대응하는 커버 개구부(164)보다 작기 때문에, 각각의 비유전체 개구부(168)의 직경은 대략 대응하는 아래쪽 커버 개구부(166)의 직경과 같다. 또한, 각각의 비유전체 개구부(168)은 대응하는 커버 개구부(164)에 수직적으로 집중된다.Cover layer 160A and cover layer 162A are used as an etch mask, and insulating layer 44 opens corresponding non-dielectric opening 164 through layer 44 below lower non-insulating emitter region 42. Anisotropically etch through cover opening 164 and cover opening 166 to form. See Figure 12f. Item 44M is the remainder of insulating layer 44. Because each lower cover opening 166 is smaller than the corresponding cover opening 164, the diameter of each non-dielectric opening 168 is approximately equal to the diameter of the corresponding lower cover opening 166. In addition, each non-dielectric opening 168 is concentrated perpendicularly to the corresponding cover opening 164.

전기적으로 비절연 이미터 필라멘트 재료는 아래쪽 비절연 이미터 영역(42)을 접촉하는 전조 전자방출 필라멘트(170)를 형성하기 위한 합성 개구부(또는 틈)(166/168)내로 전기화학적으로 침전된다. 도 12g를 보자. 침전 시간은 비유전체 개구부(168)을 완전히 채우기에 충분히 길지만 위쪽 커버층(162A)을 접촉하는 필라멘트(170)의 어느곳을 채우기에는 그렇게 길지 않다. 필라멘트 침전은 도 9의 공정 일련을 위해 상기한 방법으로 자동적으로 종료될 수 있다. 다시 한 번, 필라멘트 재료는 보통 니켈 또는 백금과 같은 금속이다.The electrically non-insulating emitter filament material is electrochemically deposited into composite openings (or gaps) 166/168 for forming the precursor electron emitting filaments 170 that contact the lower non-insulating emitter region 42. See Figure 12g. The settling time is long enough to completely fill the non-dielectric opening 168 but not so long to fill any of the filaments 170 in contact with the top cover layer 162A. Filament precipitation may be terminated automatically in the manner described above for the process series of FIG. 9. Once again, the filament material is usually a metal such as nickel or platinum.

에칭 마스크로써 위쪽 커버(162A)를 사용하고, 아래쪽 커버층(160A)은 고리 모양의 커버 일부(160B)를 제거하기 위해 위쪽 커버 개구부(164)을 통해 에칭된다. 아래쪽 커버 개구부(166)은 그것에 의해 도 12h에 나타낸 바와 같이 아래쪽 커버 개구부(172)이 되기 위해 넓어진다. 에칭은 전형적으로 넓어진 아래쪽 커버 개구부(172)이 위쪽 커버층(162A) 아래를 자르지 않도록 이방성의 방법으로 실행된다.Using top cover 162A as an etch mask, bottom cover layer 160A is etched through top cover opening 164 to remove annular cover portion 160B. Lower cover opening 166 is thereby widened to become lower cover opening 172 as shown in FIG. 12H. Etching is typically performed in an anisotropic manner such that the widened lower cover opening 172 does not cut under the upper cover layer 162A.

에칭 마스크로써 커버층(162A)과 커버층(160A)을 사용하고, 절연층(44M)은 아래쪽 비절연 영역(42) 아래로 대응하는 비유전체 열린 스페이스(174)를 형성하기 위해 커버 개구부(164)과 커버 개구부(166)을 통해 이방적으로 에칭된다. 다시, 도 12h를 보자. 아이템(44N)은 절연층(44M)의 나머지이다. 비유전체 열린 스페이스(174)는 도 12h에 케이스를 통해 완전하게 나타낸 절연층(44N)을 통해 부분적으로 또는 완전하게 확장될 수도 있다.Cover layer 162A and cover layer 160A are used as an etching mask, and insulating layer 44M covers cover opening 164 to form corresponding non-dielectric open space 174 below lower non-insulating area 42. ) And cover opening 166 is anisotropically etched. Again, see Figure 12H. Item 44N is the remainder of insulating layer 44M. The non-dielectric open space 174 may extend partially or completely through the insulating layer 44N, which is shown completely through the case in FIG. 12H.

전자광택/예리하게 하는 작동은 아래쪽 커버 개구부(172)을 통해 부분적으로 확장하는 예리해진 팁과 함께 그것을 재공하기 위한 전조 필라멘트(170)에 실행된다. 결과 구조체는 도 12i에 나타낸다. 전자방출 필라멘트(170A)는 전조 필라멘트(170)의 예리해진 나머지이다. 전자광택/ 예리하게 하는 작동은 전형적으로 도 5의 공정을 위해 상기한 방법으로 행해진다.Electro-gloss / sharpening operation is performed on the rolled filament 170 to provide it with a sharpened tip that partially extends through the bottom cover opening 172. The resulting structure is shown in FIG. 12I. The electron-emitting filament 170A is a sharpened remainder of the rolled filament 170. Electroglossy / sharpening operation is typically done in the manner described above for the process of FIG. 5.

도 12i에서, 위쪽 커버층(162A)은 보통 게이트층이다. 대신, 위쪽 커버층(162A)와 아래쪽 커버층(160D)은 게이트층으로써 함께 사용될 수 있다. 또하나의 대안으로써, 커버층(160D)은 게이트층이 될 수 있다. 이 경우에, 위쪽 커버층(162A)은 전형적으로 전기적으로 절연 재료로 이루어지거나 제거된다.In FIG. 12I, the top cover layer 162A is usually a gate layer. Instead, the top cover layer 162A and the bottom cover layer 160D can be used together as a gate layer. As another alternative, the cover layer 160D may be a gate layer. In this case, the top cover layer 162A is typically made of or removed from an electrically insulating material.

전자광택/예리하게 하는 작동은 비유전체 열린 스페이스(174)를 만들기 전에 행해질 수 있다. 등방성의 성분을 가지는 에칭은 그들이 커버층(160D)과 커버층(162D) 아래를 자르도록 열린 스페이스(174)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 열린 스페이스(174)의 형성은 삭제될 수 있다. 에리해진 필라멘트(170A)는 그다음에 절연층(44N)을 옆으로 접해있다.Electro-gloss / sharpening operations may be done before making non-dielectric open space 174. Etching with isotropic components can be used to form open spaces 174 so that they cut under cover layer 160D and cover layer 162D. The formation of open space 174 may be deleted. The filament 170A which has been annealed then abuts the insulating layer 44N.

만일 비유전체 열린 스페이스(174)가 어떻게, 언제 만들어지든지 그리고 게이트층이 커버층(162A,160D)의 하나 또는 둘로 형성되든지간에 각각의 전자방출 필라멘트(170A)는 대응하는 위쪽 커버 개구부(164)과 대응하는 아래쪽 커버 개구부(172)에 수직적으로 집중된다. 위쪽 커버 개구부(164)이 제거된 구형체(46)의 위치에 놓이게 되기 때문에, 필라멘트(170A)의 위치는 구형체(46)에 의해 결정된다. 필라멘트(170A)에 의해 점유되는 측면 면적은 구형체(46)의 직경과 고리 모양의 커버 재료 일부(160B)의 측면 넓이에 의해 제어된다. 구형체 크기, 구형체 표면 밀도, 및 고리 모양의 커버 일부(160B)의 측면 두께를 적당하게 조정하므로써 도 12i의 전자 이미터가 높은 균일한 전자 방출을 이루는 것을 가능하게 한다.Regardless of how and when the non-dielectric open space 174 is created and whether the gate layer is formed of one or two of the cover layers 162A, 160D, each electron-emitting filament 170A has a corresponding upper cover opening 164. And is vertically concentrated in the corresponding lower cover opening 172. Since the top cover opening 164 is placed in the position of the removed sphere 46, the position of the filament 170A is determined by the sphere 46. The lateral area occupied by filament 170A is controlled by the diameter of sphere 46 and the lateral area of annular cover material portion 160B. By appropriately adjusting the sphere size, the sphere surface density, and the side thickness of the annular cover portion 160B, it is possible for the electron emitter of FIG. 12i to achieve high uniform electron emission.

앞서 말한 공정/공정 일련에서, 구형 입자(46)은 게이트개구부를 직접적으로 한정하기 위해 또는 게이트개구부를 한정하기 위해 활용되는 개구부를 직접적으로 한정하기 위해 활용된다. 조각(46)은 그러나 게이트개구부를 위한 필요한 측면 모양을 가지는 고체 영역을 첫째로 한정하는데 사용될 수 있다. 보통 원형인 이러한 고체 영역은 그다음에 게이트개구부를 한정하기 위해 사용된다.In the foregoing process / process series, spherical particles 46 are utilized to directly define the openings used to define the gate openings or directly to define the gate openings. Piece 46 can however be used to first define a solid region having the necessary side shape for the gate opening. This solid region, which is usually circular, is then used to define the gate opening.

도 13a에서 도 13g(총괄적으로 "도 13)는 발명에 따라 구형 입자(46)에 의해 한정되는 모양의 고체 영역으로부터 만들어진 게이트된 전계-방출 음극을 위한 게이트개구부에서 그러한 제조 공정의 전반 일부의 예를 설명한다. 그렇게 만들어진 게이트개구부는 보통 가파른 가장자리를 가진다. 따라서, 도 13의 전반 공정 일련은 도 7e에서 도7j에서와 같이, 게이트개구부에 제공하는 스페이서 재료를 필요로 하는 전자방출소자의 형성에 있어 후반 공정 일련에 따라 완료되기에 특히 적당하다. 도13의 공정 일련은 도 13a에서처럼 여기에 반복한 도 2a의 구조체(41/42/44)으로 시작한다.13A to 13G (collectively “FIG. 13) are examples of the first half of such a manufacturing process at a gate opening for a gated field-emitting cathode made from a solid region shaped by a spherical particle 46 in accordance with the invention. The gate openings thus made usually have steep edges, so that the first half of the process sequence of Fig. 13 is used to form an electron-emitting device that requires a spacer material to provide the gate openings, as in Figs. 7E to 7J. Particularly suitable for completion according to the later process series, the process series of Figure 13 begins with the structure 41/42/44 of Figure 2a repeated here as in Figure 13a.

게이트층의 하부로서 기능하는 전기적으로 절연된 중간층(180)은 도 13b에 도시된 바와 같이 절연층(44)위에 증착된다. 증간 비절연층(180)은 통상 크롬 및 티타늄과 같은 금속으로 구성된다. 패턴이동층(182)은 중간층(180)위에 형성된다. 패턴이동층(182)은 포토레지스트 또는 무기 유전 재료와 같은 여러 가지 재료로 구성될 수 있다.An electrically insulated intermediate layer 180 serving as the bottom of the gate layer is deposited over the insulating layer 44 as shown in FIG. 13B. The intermediate non-insulating layer 180 is typically made of metals such as chromium and titanium. The pattern transfer layer 182 is formed on the intermediate layer 180. The pattern transfer layer 182 may be composed of various materials such as photoresist or inorganic dielectric material.

입자(46)는 도 1의 처리를 위해 앞에서 기술된 랜덤(ramdom) 기술을 사용하여 패턴이동층(182)의 상면 전체에 걸쳐 분포된다. 도 13c는 이 시점에서의 구조를 나타낸다. 입자(46)에 의해 음영이 지는, 즉 수직으로 덮여지지 않는 패턴이동층(182)의 일부는 도 13d에 도시된 바와 같이 제거된다. 각각의 페디스틀(182A)은 입자(46) 중 대응하는 입자 아래에 위치한다.Particles 46 are distributed throughout the top surface of pattern transfer layer 182 using the random technique described above for the treatment of FIG. 1. Fig. 13C shows the structure at this point. A portion of the patterned layer 182 that is shaded by the particles 46, ie not covered vertically, is removed as shown in FIG. 13D. Each pedestal 182A is located below the corresponding one of the particles 46.

패턴이동층(182)이 포토레지스트로 구성될 때, 층(182)은 입자(46) 아래의 포토레지스트의 일부가 화학 방사되지 않도록 노출 마스크로서 구형 입자(46)을 사용하여 화학 방사, 통상 자외선 광에 노출된다. 노출된 포토레지스트는 화학 조성이 변화한다. 다음에 현상 동작이 노출된 포토레지스트를 제거하기 위해 상기 구조에 대해 실행되어 도 13d에 도시된 구조로 된다. 층(182)이 무기 유전재료로 구성될 때, 에칭 마스크로서 입자(46)을 사용하여 층(182)에 대해 일반적으로 절연층(44)의 상면에 수직인 방향으로 실행된다. 층(182)의 비차단 부분은 에칭 동안 제거되어 도 13d에 도시된 구조로 된다.When the pattern transfer layer 182 is composed of photoresist, the layer 182 is formed by using a spherical particle 46 as an exposure mask so that a portion of the photoresist under the particle 46 is not chemically radiated. Are exposed to light. Exposed photoresist varies in chemical composition. A developing operation is then performed on the structure to remove the exposed photoresist, resulting in the structure shown in Fig. 13D. When layer 182 is composed of an inorganic dielectric material, particles 46 are used as an etch mask to run in a direction generally perpendicular to the top surface of insulating layer 44 relative to layer 182. The non-blocking portion of layer 182 is removed during etching to get the structure shown in FIG. 13D.

전기적으로 비절연성을 띠는 게이트 재료는 상기 구조의 상부에 증착된다. 게이트 재료 증착은 증착 캐소드로서 비절연 중간층(180)을 사용하는 전기화학 기술에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 증착 애노드는 입자(46)위의 증착 전해물에 위치한다. 전기화학 증착 동안, 게이트 재료는 도 13e에 도시된 바와 같이 전기적으로 비절연성을 띠는 상위 게이트 부층(sublayer)(184)을 형성하기 위해 중간층(180)의 노출된 부분에 축적된다.An electrically non-insulating gate material is deposited on top of the structure. Gate material deposition is preferably performed by electrochemical techniques using the non-insulating intermediate layer 180 as the deposition cathode. The deposition anode is located in the deposition electrolyte on the particles 46. During electrochemical deposition, gate material accumulates in the exposed portions of the intermediate layer 180 to form an electrically non-insulating upper gate sublayer 184 as shown in FIG. 13E.

받침대(182A)와 입자(46)은 도 13f의 구조를 형성하기 위해 제거된다. 상위 게이트 개구(186)는 입자(46) 아래의 게거된 받침대(182A)의 위치에서 상위 게이트 부층(184)을 통해 연장된다. 예를 들어, 받침대(182A)는 적당한 화학 또는 플라즈마 에칭액으로 제거될 수 있고, 이에 의해 동시에 입자(46)이 제거된다. 대안적으로, 입자(46)이 제거될 수 있고, 그 후 받침대(182A)가 제거된다.Pedestal 182A and particles 46 are removed to form the structure of FIG. 13F. The upper gate opening 186 extends through the upper gate sublayer 184 at the location of the gathered pedestal 182A under the particle 46. For example, pedestal 182A may be removed with a suitable chemical or plasma etchant, thereby simultaneously removing particles 46. Alternatively, particles 46 may be removed, followed by pedestal 182A.

에칭 마스크로서 상위 게이트 부층(184)을 사용하면, 비절연 중간층(180)은 중간층(180)을 통해 절연층(44)으로 대응하는 중간 개구(188)를 형성하기 위해 상위 게이트 개구(186)를 지나 이방적으로 에칭된다. 도 13g 참조. 각 중간 개구(188)는 그 위에 위치하는 상위 게이트 개구(186)와 수직 중심이 같고, 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 따라서, 게이트 부층(180A, 184)은 대응하는 게이트 개구(186, 188)의 각각의 쌍이 조성물 게이트 개구를 형성하는 조성물 게이트 층을 구성한다.Using the upper gate sublayer 184 as an etch mask, the non-insulating intermediate layer 180 may pass the upper gate opening 186 to form a corresponding intermediate opening 188 through the intermediate layer 180 to the insulating layer 44. It is anisotropically etched away. See FIG. 13G. Each intermediate opening 188 has the same vertical center and substantially the same diameter as the upper gate opening 186 positioned thereon. Thus, gate sublayers 180A and 184 constitute a composition gate layer in which each pair of corresponding gate openings 186 and 188 form a composition gate opening.

인용부호는 상이하지만 도 13g의 구조의 게이트 층이 부층(180A, 184)으로 구성된다는 사실은 차치하더라도 도 13g의 구조는 실질적으로 도 7d의 구조와 동일하다. 도 13g의 180A/180과 186/188은 도 1d의 120A와 122에 각각 대응한다. 이러한 인용부호의 차이에 따라, 도 13g의 구조는 이제 도 7e 내지 도 7j의 스페이서 기반 종말 처리 절차에 따라 완성될 수 있다.Although the reference numerals are different, but apart from the fact that the gate layer of the structure of FIG. 13G is composed of sublayers 180A and 184, the structure of FIG. 13G is substantially the same as that of FIG. 7D. 180A / 180 and 186/188 in FIG. 13G correspond to 120A and 122 in FIG. 1D, respectively. In accordance with this difference in quotation marks, the structure of FIG. 13G can now be completed according to the spacer based end processing procedure of FIGS. 7E-7J.

대안적으로, 에칭 마스크로서 게이트층(180A/184)을 사용하면, 절연층(44)은 층(44)을 통해 보다 낮은 비절연 영역(42)으로 대응하는 절연 열린 공간을 형성하기 위해 게이트 개구(186/188)를 통해 에칭될 수 있다. 통상 전기 절연체인 스페이서 재료는 절연 열린 공간의 스페이서 재료에 도 5c의 디프레션(104)과 유사한 디프레션을 남기기 위해 상기 구조의 상부에 절연 열린 공간으로 등각으로 증착될 수 있다. 절연 열린 공간의 하부에서 스페이서 재료는 디프레션을 비절연 영역(42)까지 아래로 연장되는 구멍으로 전환하기 위해 제거되고, 그 후 필라멘트 전자방출소자가 그 구멍에 형성된다. 구의 크기, 표면밀도 및 스페이서 재료의 두께를 적절히 조정함으로써 생성된 전자방출장치는 매우 균일한 전자 방출을 제공할 수 있다.Alternatively, using gate layers 180A / 184 as an etch mask, insulating layer 44 opens gate openings to form corresponding insulating open spaces through layer 44 into lower non-insulating regions 42. May be etched through (186/188). Spacer material, which is typically an electrical insulator, may be conformally deposited into the insulating open space on top of the structure to leave a depression similar to the depression 104 of FIG. 5C in the spacer material of the insulating open space. At the bottom of the insulating open space, the spacer material is removed to convert the depression into a hole extending down to the non-insulating area 42, and then a filament electron-emitting device is formed in the hole. By suitably adjusting the size of the spheres, the surface density and the thickness of the spacer material, the resulting electron-emitting device can provide very uniform electron emission.

필라멘트(106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B 또는 170A)와 같은 필라멘트 전자방출소자를 갖는 각각의 전자 에미터에서, 게이트층(60B, 120A 또는 162A)과 같은 게이트층은 앞에서 설명한 처리에서 게이트층이 패턴화되는 방식과 동일하게 하위의 비절연 영역(42)의 에미터 열 전극에 수직으로 연속하는 행 전극 라인으로 패턴화될 수 있다. 전자 방출 필라멘트를 갖는 각각의 필드 에미터의 게이트층에 가해지는 적절한 패터닝으로 필드 에미터는 대안적으로 게이트층의 일부와 접촉하고, 전자 방출 콘(cone)을 갖는 전자 에미터에 대하여 상기한 열 전극에 수직으로 연속하는 독립된 행 전극을 가질 수 있다.In each electron emitter having a filament electron-emitting device such as filament 106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B or 170A, the gate layer, such as gate layer 60B, 120A or 162A, is gated in the above-described process. In the same way that the layers are patterned, they may be patterned with row electrode lines continuous perpendicular to the emitter column electrodes of the lower non-insulating region 42. With proper patterning applied to the gate layer of each field emitter with electron emission filaments, the field emitter is in contact with a portion of the gate layer alternatively, and the column electrode described above for the electron emitter with electron emission cones. It can have independent row electrodes that are perpendicular to it.

전자 방출 소자(106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A)는 길이 대 최대 직경의 비가 최소 2이고, 보통 최소 3인 필라멘트이다. 길이 대 최대 직경의 비는 5 또는 그 이상이 바람직하다. 팁(tip) 아래의 필라멘트(106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A) 일부는 통상 원형 횡단면의 실린더이다. 그럼에도 불구하고, 횡단면은 다소 비원형이다. 어떤 경우에 각 필라멘트(106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A)에 대한 최대 직경 대 최소 직경의 비는 대개 2 이하이다.The electron emitting devices 106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A are filaments having a length to maximum diameter ratio of at least two, usually at least three. The ratio of length to maximum diameter is preferably 5 or more. Some of the filaments 106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A below the tip are typically circular cross section cylinders. Nevertheless, the cross section is somewhat non-circular. In some cases, the ratio of maximum diameter to minimum diameter for each filament 106B, 116B, 130A, 134A, 146A, 156B, 170A is usually 2 or less.

변형 및 예시 응용Variants and Example Applications

도 14는 하부의 비절연 에미터 영역(42)이 전기저항층(42B) 아래에 위치한 전기도전층(42A)으로 구성되는 필드 에미터의 구현을 제조하는 출발점을 나타낸다. 도전층(42A)은 보통 니켈 또는 크롬과 같은 금속으로 구성된다. 저항층(42B)은 통상 다결정 실리콘 또는 실리콘-탄소-질소 화합물이 약간 도핑된 도성 합금(cermet)으로 형성된다.FIG. 14 shows a starting point for manufacturing an implementation of a field emitter in which the lower non-insulating emitter region 42 consists of an electrically conductive layer 42A positioned below the resistive layer 42B. The conductive layer 42A is usually composed of a metal such as nickel or chromium. The resistive layer 42B is usually formed of a conductive alloy slightly doped with polycrystalline silicon or a silicon-carbon-nitrogen compound.

도전층(42A)이 복수의 병렬 에미터 열 전극으로 패턴화되면, 저항층(42B)은 대응하는 열 전극 위에 위치하는 동일한 수의 저항선으로 패턴화될 수 있다. 대안적으로, 도전층(42A)이 병렬 라인으로 패턴화될지라도 저항층(42B)은 블랭킷(연속) 층일 수 있다.If the conductive layer 42A is patterned with a plurality of parallel emitter column electrodes, the resistive layer 42B can be patterned with the same number of resistance lines positioned over the corresponding column electrode. Alternatively, the resistive layer 42B may be a blanket (continuous) layer even though the conductive layer 42A is patterned in parallel lines.

도 15a과 도 15b는 각각 하부의 비절연 영역(42)이 도전층(42A)과 저항층(42B)으로 구성되는 도 2g와 도 5g의 최종 구조가 어떻게 형성되는지를 나타낸다. 전자 방출 소자(58A, 106B)의 하부 단부는 저항층(42B)과 접촉한다. 각 전자 방출 소자와 도전층(42A) 사이의 저항은 적어도 106Ω이고, 통상 108Ω 이상이다.15A and 15B show how the final structures of FIGS. 2G and 5G are formed, in which the lower non-insulating region 42 is composed of a conductive layer 42A and a resistive layer 42B, respectively. Lower ends of the electron-emitting devices 58A and 106B are in contact with the resistive layer 42B. The resistance between each electron-emitting element and the conductive layer 42A is at least 10 6 Ω, usually 10 8 Ω or more.

도 16은 본 발명에 따라 제조된 영역 필드 에미터를 이용하는 평면 CRT 디스플레이의 코어 활성 영역의 통상적인 예를 나타낸다. 기판(40)은 CRT 디스플레이의 후면을 형성한다. 하부의 비절연 영역(42)은 후면(40)의 내부 표면을 따라 위치하고, 여기서 도전층(42A)과 그 위에 위치하는 저항층(42B)으로 구성된다. 도전층(42A)은 도 16의 평면에 측면 평행으로 연장되는 에미터-전극 라인(열 전극)으로 분할된다.Figure 16 shows a typical example of the core active area of a flat panel CRT display using area field emitters made in accordance with the present invention. The substrate 40 forms the back side of the CRT display. The lower non-insulated region 42 is located along the inner surface of the back surface 40 and consists of a conductive layer 42A and a resistive layer 42B positioned thereon. The conductive layer 42A is divided into emitter-electrode lines (column electrodes) extending laterally parallel to the plane of FIG.

행 전극(190) 그룹은 예를 들어 본 명세서에서는 도 5g의 필드 에미터의 게이트층(60B)으로 도시된 게이트층위에 위치하고, 도 16에는 이 중 하나가 도시되어 있다. 행 전극(190)은 도 16의 평면에 수직으로 연속한다. 행 전극 개구(192)는 행 전극(190)을 통해 게이트층까지 연장되고, 이 개구 중 하나는 도 16에 도시된 것과 유사하다. 각각의 행 전극 개구(192)는 본 명세서에서는 도 5g의 필드 에미터의 전자 방출 필라멘트(106B)로서 도시된 복수의 전자 방출 소자를 노출시킨다.The group of row electrodes 190 is, for example, located on the gate layer shown here as gate layer 60B of the field emitter of FIG. 5G, one of which is shown in FIG. 16. The row electrode 190 is continuous perpendicular to the plane of FIG. 16. Row electrode openings 192 extend through the row electrodes 190 to the gate layer, one of which is similar to that shown in FIG. Each row electrode opening 192 exposes a plurality of electron emitting devices, shown herein as electron emitting filaments 106B of the field emitter of FIG. 5G.

투명한, 통상 유리로 된 전면(194)은 바닥면(40)의 맞은편에 위치한다. 광방출 형광 영역(196)은 대응하는 행 전극 개구(192)의 바로 맞은편에 위치한 전면(194)의 내부 표면에 위치하고, 이 중 하나가 도 16에 도시되어 있다. 통상 알루미늄으로 구성되는 전기도전성의 얇은 광반사층(198)은 전면(194)의 내부 표면을 따라 형광 영역(196)위에 위치한다. 전자 방출 소자에 의해 방출된 전자는 광반사층(198)을 통과하여, 형광 영역(196)이 전면의 외부 표면에서 식별할 수 있는 이미지를 발생하는 광을 방출하도록 한다.A transparent, usually glass front face 194 is opposite the bottom face 40. The light emitting fluorescent region 196 is located on the inner surface of the front surface 194 located directly opposite the corresponding row electrode opening 192, one of which is shown in FIG. 16. An electrically conductive thin light reflecting layer 198, typically made of aluminum, is located above the fluorescent region 196 along the inner surface of the front surface 194. Electrons emitted by the electron emitting device pass through the light reflection layer 198, causing the fluorescent region 196 to emit light that produces an image that can be discerned from the outer surface of the front surface.

평면 CRT 디스플레이의 코어 활성 영역은 통상 도 16에 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함한다. 예를 들어 전면(194)의 내부 표면을 따라 위치한 블랙 매트릭스는 통상 다른 형광 영역(196)으로 측면 분리하기 위해 각각의 형광 영역(196)을 둘러싼다. 전극간 유전층위에 제공된 리지(ridge)에 정합시키는 것은 전자 궤도를 제어하는데 도움을 준다. 스페이서 벽은 후면(40)과 전면(194) 사이에서 비교적 일정한 간격을 유지하는데 이용된다.The core active area of the flat CRT display typically includes other components not shown in FIG. For example, a black matrix located along the inner surface of the front surface 194 typically surrounds each fluorescent region 196 to laterally separate into other fluorescent regions 196. Matching to the ridge provided on the interelectrode dielectric layer helps to control the electron trajectory. The spacer wall is used to maintain a relatively constant gap between the back face 40 and the front face 194.

도 16에 도시된 형태의 평면 디스플레이에 결합될 때, 본 발명에 따라 제조된 필드 에미터는 다음과 같이 동작한다. 광반사층(198)은 필드 방출 캐소드에 대해 애노드로서 기능한다. 애노드는 게이트와 에미터 라인에 비해 높은 양전압으로 유지된다.When coupled to a flat panel display of the type shown in FIG. 16, a field emitter made in accordance with the present invention operates as follows. The light reflection layer 198 functions as an anode for the field emission cathode. The anode is held at a higher positive voltage than the gate and emitter lines.

(a) 하부의 비절연 에미터 영역(42)의 에미터 열 전극 중 선택된 하나의 열 전극과 (b) 게이트층의 일부로 형성되거나 이것과 접촉하는 행 전극 중 선택된 하나의 행 전극 사이에 적절한 전압이 가해질 때, 이와 같이 선택된 게이트부는 선택된 2개의 전극의 교차점에서 전자 방출 소자로부터 전자를 추출하고, 생성된 전자 전류의 크기를 제어한다. 전자 방출의 바람직한 레벨은 통상 형광 영역이 고전압 형광인 경우 평면 디스플레이의 형광이 코팅된 전면에서 측정되는 것과 같은 1㎃/㎠의 전류밀도에서 가해진 게이트-에미터 병렬 플레이트 전계가 20volt/㎛ 이하로 될 때 발생한다. 추출된 전자가 부딪히면, 형광 영역은 빛을 발한다.a suitable voltage between (a) a selected one of the emitter column electrodes of the lower non-insulated emitter region 42 and (b) a selected one of the row electrodes formed as part of or in contact with the gate layer. When applied, the gate portion thus selected extracts electrons from the electron emitting element at the intersection of the two selected electrodes and controls the magnitude of the generated electron current. Preferred levels of electron emission are such that when the fluorescent region is high voltage fluorescence, the gate-emitter parallel plate electric field applied at a current density of 1 mA / cm 2 as measured at the fluorescence-coated front surface of the flat panel display will be 20 volts / μm or less. Occurs when. When the extracted electrons strike, the fluorescent region emits light.

"상부", "하부", "아래쪽"과 같은 방향을 나타내는 용어와 이와 유사한 용어들은 본 발명을 설명하는데 있어서 독자가 본 발명의 여러 부분들이 어떻게 서로 어울리는지를 용이하게 이해할 수 있도록 참조의 배경을 정하는데 이용되었다. 실제 응용에서, 전자방출장치의 구성요소들은 본 명세서에서 사용된 방향을 나타내는 용어에 의해 암시되는 것과는 다른 방향에 위치할 수 있다. 또한 이것은 제조 단계가 본 발명에서 실행되는 방법에도 적용된다. 방향을 나타내는 용어가 설명을 용이하게 하기 위해 편의상 사용되기 때문에 본 발명은 그 방향이 본 명세서에서 이용된 방향을 나타내는 용어에 의해 정확히 커버되는 것과는 다른 구현도 포함한다.Terms indicating similar directions, such as "top", "bottom", "bottom", and the like, provide a background for reference in describing the present invention so that the reader may easily understand how the various parts of the present invention fit together. It was used to In practical applications, the components of the electron-emitting device may be located in a direction different from that implied by the terminology used in the present specification. This also applies to the method by which the manufacturing step is carried out in the present invention. Since the terms indicating directions are used for ease of explanation, the present invention also includes implementations other than those in which the directions are exactly covered by the terms indicating directions used herein.

본 발명은 특정 예를 참조하여 기술되었지만, 본 설명은 단지 설명을 목적으로 한 것이고, 뒤에 청구된 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 구형 입자(46)이 폴리스티렌보다는 유리로 구성될 때, 입자(46)의 증착에서 제거까지 연장되는 단계 동안 보다 높은 처리 온도가 이용될 수 있다. 전극간 유전층, 게이트층 또는 기본층에 걸치는 입자(46)의 분포는 통상 공동출원한 헤이븐 외 다수의 국제특허출원 제 호에 기술된 기술에 따라 전기이동적 또는 유전이동적으로 실행될 수 있다. 게이트 개구에서 게이트층의 에지(edge)를 부드럽게 하기 위해 전기 연마 동작이 실행될 수 있다.Although the present invention has been described with reference to specific examples, the description is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the invention as claimed later. For example, when the spherical particles 46 are made of glass rather than polystyrene, higher processing temperatures may be used during the steps that extend from deposition of particles 46 to removal. The distribution of particles 46 across an inter-electrode dielectric layer, gate layer or base layer can be carried out electrophorically or dielectrically, according to the techniques described in Haven et al. An electropolishing operation may be performed to smooth the edges of the gate layer at the gate opening.

여러 가지 기능을 실행하는 하나 이상의 얇은 중간층이 절연층(44)과 게이트층 사이에 제공될 수 있다. 이런 중간층은 접착 기능, 즉 게이트 재료 자체가 전극간 유전체 재료에 잘 부착하지 못할 때 중간층이 전극간 유전체(44)와 게이트층에 모두 잘 부착하는 기능을 제공할 수 있다. 다음에 중간층은 게이트 개구에 대응하는 중간 개구를 형성하는 단계를 포함하는 게이트층에 인가된 것과 유사한 처리 단계를 밟는다.One or more thin interlayers that perform various functions may be provided between the insulating layer 44 and the gate layer. This intermediate layer may provide an adhesion function, that is, the intermediate layer adheres well to both the inter-electrode dielectric 44 and the gate layer when the gate material itself does not adhere well to the inter-electrode dielectric material. The intermediate layer then undergoes a processing step similar to that applied to the gate layer, including forming an intermediate opening corresponding to the gate opening.

전면(194)과 형광(196) 사이에 위치하고, 예를 들어 인듐-주석 산화물로 구성되는 투명한 전기적 비절연층이 광반사층(198) 대신에 애노드로서 사용될 수 있다. 기판(40)은 하부의 비절연 영역(42)이 구조체를 지지하기에 충분한 두께를 갖는 연속층이면 제거될 수 있다. 절연기판(40)은 얇은 절연층이 구조적인 지지체를 갖는 비교적 두꺼운 비절연층위에 위치하는 화합물 기판으로 대체될 수 있다.A transparent electrically non-insulating layer, located between the front surface 194 and the fluorescent light 196, for example composed of indium-tin oxide, can be used as the anode instead of the light reflection layer 198. The substrate 40 may be removed if the underlying non-insulating region 42 is a continuous layer having a thickness sufficient to support the structure. The insulating substrate 40 may be replaced with a compound substrate on which a thin insulating layer is placed on a relatively thick non-insulating layer having a structural support.

게이트를 갖는 큰 영역의 전자 에미터를 제조하는데 있어서, 기판(40)은 원형 웨이퍼보다는 전자 방출 소자의 형성 후에 하나 이상의 직사각형 판으로 잘라지는 직사각형판의 형태일 수 있다. 전자방출소자는 콘과 필라멘트 외의 다른 형태를 가질 수 있다.In manufacturing a large area electron emitter with a gate, the substrate 40 may be in the form of a rectangular plate that is cut into one or more rectangular plates after formation of the electron emitting device rather than a circular wafer. The electron-emitting device may have other forms than cones and filaments.

게이트 개구가 게이트층을 통해 하부의 비절연 에미터 영역(42) 위의 절연층(44)으로 아래쪽으로 연장하는 구조체를 형성한 후에 게이트층의 두께는 게이트층위에 전기적 비절연 게이트 재료를 더 선택적으로 증착함으로써 증가될 수 있다. 부가적인 게이트 재료 증착은 전기화학 기술에 의해 실행될 수 있다. 일반적으로, 부가적인 게이트 재료 증착은 입자(46)을 제거하기 전 또는 후에 실행될 수 있다.After the gate opening forms a structure extending downward through the gate layer to the insulating layer 44 above the underlying non-insulating emitter region 42, the thickness of the gate layer is more selective to the electrically non-insulating gate material over the gate layer. Can be increased by deposition. Additional gate material deposition can be performed by electrochemical techniques. In general, additional gate material deposition may be performed before or after removing the particles 46.

도 9와 관련하여 기술된 증착 종결 기술은 필라멘트 위치가 구(46)를 포함하지 않는 매커니즘에 의해 정해지는 영역 전자 에미터에서 전자방출 필라멘트의 전기화학 증착을 자동적으로 종결하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 9의 자동 종결 기술은 포토리소그래피 에칭 기술에 의해 형성된 개구 또는 맥컬레이 외 다수의 미국 특허 제 5,462,467 호에서처럼 전하 입자 트랙에 의해 정해진 개구에 증착된 필라멘트에 적용될 수 있다.The deposition termination technique described in connection with FIG. 9 can be used to automatically terminate electrochemical deposition of electron-emitting filaments in a region electron emitter defined by a mechanism where the filament location does not include a sphere 46. For example, the automatic termination technique of FIG. 9 can be applied to openings formed by photolithographic etching techniques or filaments deposited in openings defined by charge particle tracks, as in McCullrey et al., US Pat. No. 5,462,467.

본 발명의 제조 공정에 따라 생성된 영역 전자 에미터는 평면 CRT 디스플레이 외에 평면 장치를 구성하는데 이용될 수 있다. 특히, 이 전자 에미터는 게이트를 갖는 전자 소스를 필요로 하는 보통의 진공 환경에서 사용될 수 있다. 따라서 여러 변형 및 응용이 첨부한 청구범위에 한정된 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고 당업자에 의해 구성될 수 있다.Area electron emitters produced in accordance with the manufacturing process of the present invention can be used to construct flat devices in addition to flat CRT displays. In particular, this electron emitter can be used in a normal vacuum environment requiring an electron source with a gate. Accordingly, various modifications and applications can be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention as defined in the appended claims.

Claims (38)

구조체에 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles onto the structure; 상기 구조체내 전기적 절연층에 걸쳐 제공된 전기적 비절연게이트층을 통해 확장되는 다수의 게이트 개구부를 위한 대응하는 위치를 한정하기 위해 입자를 사용하는 단계;Using particles to define corresponding locations for a plurality of gate openings extending through an electrically non-insulating gate layer provided over the electrically insulating layer in the structure; 대체로 그 측단부를 덮지만, 절연층 아래로 스페이서 재료를 통해 확장되는 대응하는 틈을 남겨두기 위해 게이트 개구부내에 스페이서 재료를 제공하는 단계;Providing a spacer material in the gate opening to generally cover its side ends, but leave a corresponding gap extending through the spacer material under the insulating layer; 절연층 아래에 제공된 아래쪽 전기적 비절연층 아래로 대개 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 틈을 통해 절연층을 에칭하는 단계; 및Etching the insulating layer through the gap to form a corresponding dielectric opening, usually through the insulating layer, below the lower electrically non-insulating layer provided below the insulating layer; And 아래쪽 비절연영역에 걸쳐 대응하는 전자방출소자를 형성하기 위해 유전체 개구부로 전기적 비절연 이미터 재료를 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Injecting an electrically non-insulating emitter material into the dielectric opening to form a corresponding electron-emitting device over the lower non-insulating region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서 재료를 제공하는 단계는:Providing the spacer material includes: 게이트층에 걸쳐 스페이서 재료의 블랭킷층을 침적하는 단계; 및Depositing a blanket layer of spacer material over the gate layer; And 블랭킷층의 잔여부분이 스페이서 재료내 틈이 각각 확장되는 다수의 스페이서부로 이루어지도록 블랭킷층의 원치않는 재료를 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Removing unwanted material of the blanket layer such that the remainder of the blanket layer consists of a plurality of spacer portions each extending a gap in the spacer material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서 재료 제공 단계는 스페이서 재료를 게이트 개구부로 선택적으로 침적하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Providing the spacer material comprises selectively depositing spacer material into the gate opening. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 이미터 재료 주입 단계에 이어서, 전자방출 필라멘트 주위에 대응하는 유전체 개구부 스페이스를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And subsequent to the emitter material implantation, etching the insulating layer through the gate opening to form a corresponding dielectric opening space around the electron emitting filament. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 이미터 재료 주입 단계는 대체로 그 유전체 개구부에 형성되는 전자 방출 소자가 그 유전체 개구부를 위한 게이트 개구부의 측단부를 따라 위치된 스페이서 재료에 접촉하는 경우, 각각의 유전체 개구부를 위해 종료하는 것을 특징으로 하는 방법.The emitter material implantation step is generally terminated for each dielectric opening when the electron-emitting device formed in the dielectric opening contacts the spacer material located along the side end of the gate opening for the dielectric opening. Way. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사 단계는 절연층과 게이트층중의 하나에 걸쳐 입자를 직접적으로 분사하는 단계를 수반하는 것을 특징으로 하는 방법.And the spraying step involves spraying the particles directly over one of the insulating layer and the gate layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사 단계는 절연층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles over the insulating layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 제공하는 단계; 및The use step includes providing an electrically non-insulated gate material over an insulating layer in at least the space between the particles; And 잔여 게이트 재료가 그리로 확장되는 게이트 개구부와 함께 게이트층을 형성하도록 입자 및 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the particles and any material generally superimposed on the particles to form a gate layer with the gate openings through which the remaining gate material extends. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사 단계는 게이트층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles across the gate layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 추가 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing additional material over the gate layer in at least the space between the particles; 대응하는 틈이 제거된 입자의 위치에서 잔여 추가 재료를 통해 확장하도록 입자 및 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료를 제거하는 단계; 및Removing the particles and any material that generally overlaps the particles such that the corresponding gap extends through the remaining additional material at the location of the removed particles; And 게이트층을 통해 대응하는 게이트 개구부를 형성하기 위해 틈을 통해 게이트층을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Etching the gate layer through the gap to form a corresponding gate opening through the gate layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사 단계는 절연층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고, 상기 사용 단계 및 스페이서 재료 제공 단계는:The spraying step involves spraying particles over the insulating layer, wherein the using step and providing the spacer material are: 입자의 위치에서 게이트 개구부와 함께 게이트층을 형성하기 위해 입자들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 침적하는 단계;Depositing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in the spaces between the particles to form a gate layer with the gate opening at the location of the particles; 절연층의 위 입자의 아래에서 게이트 개구부내에 스페이서 재료를 제공하는 단계; 및Providing a spacer material in the gate opening below the particles above the insulating layer; And 입자 및 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료를 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the particles and generally any material superimposed on the particles. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사 단계에 앞서, 구조체내에서 절연층에 걸쳐 패턴 이동층을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 분사 단계는 패턴 이동층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하며,Prior to the spraying step, the method includes providing a pattern moving layer over the insulating layer in the structure, wherein the spraying step involves spraying particles over the pattern moving layer, 상기 사용 단계는 입자에 의해 차단되지 않은 패턴 이동층의 재료를 제거하므로써 패턴 이동층으로부터 대응하는 받침대를 생성하는 단계;The use step includes the steps of creating a corresponding pedestal from the pattern moving layer by removing material of the pattern moving layer that is not blocked by the particles; 적어도 받침대들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 침적하는 단계; 및Depositing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in at least the space between the pedestals; And 잔여 게이트 재료가 게이트층을 형성하도록 받침대에 중첩되는, 입자를 포함하는 대개 임의의 재료 및 받침대를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the pedestal and usually any material comprising particles, wherein the residual gate material overlaps the pedestal to form a gate layer. 구조체에 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles onto the structure; 상기 구조체내 전기적 절연층에 걸쳐 제공된 전기적 비절연게이트층을 통해 확장되는 다수의 게이트 개구부를 위한 대응하는 위치를 한정하기 위해 입자를 사용하는 단계;Using particles to define corresponding locations for a plurality of gate openings extending through an electrically non-insulating gate layer provided over the electrically insulating layer in the structure; 절연층 아래에 제공된 아래쪽 비절연층 아래로 대개 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계;Etching the insulating layer through the gate opening to form a corresponding dielectric opening, usually through the insulating layer, below the lower non-insulating layer provided below the insulating layer; 대체로 그 측단부를 덮지만, 비절연 영역 아래로 스페이서 재료를 통해 확장되는 대응하는 틈을 남겨두기 위해 유전체 개구부내에 스페이서 재료를 제공하는 단계; 및Providing a spacer material in the dielectric opening to generally cover its side ends, but to leave a corresponding gap extending through the spacer material under the non-insulated region; And 아래쪽 비절연영역에 걸쳐 대응하는 전자방출소자를 형성하기 위해 틈으로 전기적 비절연 이미터 재료를 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Injecting an electrically non-insulating emitter material into the gap to form a corresponding electron-emitting device over the lower non-insulating region. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 이미터-재료 주입 단계에 이어서, 유전체 개구부의 측단부를 따라 스페이서 재료를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And following the emitter-material implanting step, removing the spacer material along the side ends of the dielectric openings. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 분사 단계에 앞서, 구조체내 절연층에 걸쳐 패턴 이동층을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 분사 단계는 패턴 이동층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하며,Prior to the spraying step, the method includes providing a pattern moving layer over the insulating layer in the structure, wherein the spraying step involves spraying particles over the pattern moving layer, 상기 사용 단계는 입자에 의해 차단되지 않은 패턴 이동층의 재료를 제거하므로써 패턴 이동층으로부터 대응하는 받침대를 생성하는 단계;The use step includes the steps of creating a corresponding pedestal from the pattern moving layer by removing material of the pattern moving layer that is not blocked by the particles; 적어도 받침대들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 침적하는 단계; 및Depositing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in at least the space between the pedestals; And 잔여 게이트 재료가 게이트층을 형성하도록 받침대에 중첩되는, 입자를 포함하는 대개 임의의 재료 및 받침대를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the pedestal and usually any material comprising particles, wherein the residual gate material overlaps the pedestal to form a gate layer. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,The method according to claim 1 or 11, wherein 상기 사용 단계는 각각의 게이트 개구부가 대응하는 제 1 개구부에 수직으로 정렬되도록 게이트 개구부에 대응하는 다수의 제 1 개구부와 함께 게이트층에 걸쳐 형성된 제 1 층을 제공하는 단계를 수반하는 것을 특징으로 하는 방법.Said use step comprises providing a first layer formed over the gate layer with a plurality of first openings corresponding to the gate openings such that each gate opening is aligned perpendicular to the corresponding first openings. Way. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 분사 단계는 절연층, 게이트층, 및 제 1 층중의 하나에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하는 것을 특징으로 하는 방법.And the spraying step comprises spraying particles over one of the insulating layer, the gate layer, and the first layer. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 분사 단계는 절연층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles over the insulating layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in at least the space between the particles; 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계; 및Providing a first material over the gate layer in at least the space between the particles; And 잔여 제 1 재료가 그리로 확장되는 제 1 개구부와 함께 제 1 층을 형성하고, 잔여 게이트 재료가 그리로 확장되는 게이트 개구부와 함께 게이트층을 형성하도록, 대개 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Any material and particles usually superimposed on the particles are formed so that the first layer forms a first layer with the first opening extending therein and the gate material with the gate opening extending therein. And removing the same. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 분사 단계는 게이트층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles across the gate layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing a first material over the gate layer in at least the space between the particles; 잔여 제 1 재료가 그리로 확장되는 제 1 개구부와 함께 제 1 층을 형성하도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계; 및Removing any material and particles generally superimposed on the particles to form a first layer with the first opening that extends the remaining first material therefrom; And 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Etching the gate layer through the first opening to form a gate opening. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 분사 단계는 제 1 층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles over the first layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 제 1 층에 걸쳐 추가 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing additional material over the first layer in at least the space between the particles; 제거된 입자의 위치에서 틈이 잔여 추가 재료를 통해 확장되도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;Removing any material and particles that generally overlap the particles such that the gap at the location of the removed particles extends through the remaining additional material; 제 1 개구부를 형성하기 위해 틈을 통해 제 1 층을 에칭하는 단계; 및Etching the first layer through the gap to form a first opening; And 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Etching the gate layer through the first opening to form a gate opening. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 전자방출소자는 일반적으로 필라멘트의 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The electron-emitting device is characterized in that it is generally formed in the shape of filament. 구조체에 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles onto the structure; 각각 입자에 대응하는, 각각이 대응하는 입자의 위치에 놓인 아래쪽 개구부들을 갖는 아래쪽 커버층을 형성하기 위해 아래쪽 커버 재료가 입자들 사이의 공간을 덮고 대체로 절연층 위 입자 아래 공간으로 확장되도록 절연층에 걸쳐 아래쪽 커버 재료를 제공하는 단계;The lower cover material covers the space between the particles and generally extends into the space below the particle above the insulating layer to form a lower cover layer with lower openings each corresponding to the particle, each having a lower opening positioned at the position of the corresponding particle. Providing a bottom cover material over; 각각 입자에 대응하는, 각각이 대응하는 입자의 위치에 놓이고 대응하는 아래쪽 개구부보다 큰 직경을 갖는 위쪽 개구부를 갖는 위쪽 커버층을 형성하기 위해 입자들 사이의 공간에서 아래쪽 커버층에 걸쳐 위쪽 커버 재료를 제공하는 단계;The upper cover material over the lower cover layer in the space between the particles to form an upper cover layer, each corresponding to the particles, each having an upper opening having a diameter larger than the corresponding lower opening and positioned at the corresponding particle's opening; Providing a; 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;Removing any material and particles that generally overlap the particles; 절연층 아래에 제공된 아래쪽 전기적 비절연 영역 아래로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 위쪽 개구부 및 아래쪽 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계; 및Etching the insulating layer through the upper and lower openings to form a corresponding dielectric opening through the insulating layer under the lower electrically non-insulating region provided below the insulating layer; And 아래쪽 비절연영역에 걸쳐 대응하는 전자방출소자를 형성하기 위해 유전체 개구부로 전기적 비절연 이미터 재료를 주입하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Injecting an electrically non-insulating emitter material into the dielectric opening to form a corresponding electron-emitting device over the lower non-insulating region. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 커버층들중 적어도 하나는 게이트층을 형성하는 전기적 비절연 게이트 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.At least one of said cover layers comprises an electrically non-insulated gate material forming a gate layer. 구조체에 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles onto the structure; 구조체내 전기적 절연층에 걸쳐 형성된 전기적 비절연 게이트층에 걸쳐 제공된 제 1 층을 통해 확장되는 다수의 제 1 개구부 및 각가그이 게이트 개구부가 대응하는 제 1 개구부에 수직으로 정렬되도록 게이트층을 통해 확장되는 다수의 대응하는 게이트 개구부를 위한 대응 위치를 한정하기 위해 입자를 이용하는 단계;A plurality of first openings extending through a first layer provided over an electrically non-insulating gate layer formed over the electrically insulating layer in the structure and each guiding extending through the gate layer such that the gate openings are aligned perpendicular to the corresponding first openings. Using particles to define corresponding locations for a plurality of corresponding gate openings; 절연층 아래로 제공된 아래쪽 전기적 비절연 영역 아래 대체로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부 및 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계;Etching the insulating layer through the first opening and the gate opening to form a corresponding dielectric opening through the insulating layer, generally under the lower electrically non-insulating region provided below the insulating layer; 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 대응하는 전기-방출 소자를 형성하기 위해, 제 1 및 게이트 개구부를 통해, 그리고 유전체 개구부로 제 1 층에 걸쳐 전기적 비절연 이미터 재료를 침적하는 단계; 및Depositing an electrically non-insulating emitter material over the first layer through the first and gate openings and into the dielectric opening to form a corresponding electro-emitting device over the lower non-insulating region; And 제 1 층에 걸쳐 누적된 임의의 이미터 재료를 제거하도록 제 1 층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the first layer to remove any emitter material accumulated over the first layer. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 분사 단계는 절연층, 게이트층, 및 제 1 층중의 하나에 걸쳐 직접적으로 입자를 침적하는 단계를 수반하는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein said spraying involves depositing particles directly over one of an insulating layer, a gate layer, and a first layer. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 분사 단계는 절연층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles over the insulating layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in at least the space between the particles; 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트 재료에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계; 및Providing a first material over the gate material in at least the space between the particles; And 잔여 제 1 재료가 그리로 확장되는 제 1 개구부와 함께 제 1 층을 형성하고, 잔여 게이트 재료가 그리로 확장되는 게이트 개구부와 함께 게이트층을 형성하도록, 대개 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Any material and particles usually superimposed on the particles are formed so that the first layer forms a first layer with the first opening extending therein and the gate material with the gate opening extending therein. And removing the same. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 분사 단계는 게이트층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles across the gate layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing a first material over the gate layer in at least the space between the particles; 잔여 제 1 재료가 그리로 확장되는 제 1 개구부와 함께 제 1 층을 형성하기 위해 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계; 및Removing any material and particles generally superimposed on the particles to form a first layer with the first opening therewith, the remaining first material extending therefrom; And 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Etching the gate layer through the first opening to form a gate opening. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 분사 단계는 제 1 층에 걸쳐 입자를 분사하는 단계를 수반하고,The spraying step involves spraying particles over the first layer, 상기 사용 단계는 적어도 입자들 사이의 공간에서 제 1 층에 걸쳐 추가 재료를 제공하는 단계;The use step includes providing additional material over the first layer in at least the space between the particles; 추가 개구부가 제거된 입자의 위치에서 잔여 추가 재료를 통해 확장되도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;Removing any material and particles generally overlapping the particles such that the additional openings extend through the remaining additional material at the location of the removed particles; 제 1 개구부를 형성하기 위해 추가 개구부를 통해 제 1 층을 에칭하는 단계; 및Etching the first layer through the additional opening to form a first opening; And 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.Etching the gate layer through the first opening to form a gate opening. 전기적 절연층에 걸쳐 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles over the electrically insulating layer; 적어도 입자들 사이의 공간에서 절연층에 걸쳐 전기적 비절연 게이트 재료를 제공하는 단계;Providing an electrically non-insulated gate material over the insulating layer in at least the space between the particles; 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트 재료에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계;Providing a first material over the gate material in at least the space between the particles; 잔여 제 1 재료가 다수의 제 1 개구부가 제거된 입자의 위치에서 확장되는 제 1 층으로 이루어지고, 잔여 게이트 재료가 다수의 게이트 개구부가 제 1 개구부에 각각 수직으로 정렬된 위치에서 확장되는 게이트층으로 이루어지도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;A gate layer in which the remaining first material extends at a location of the particles from which the plurality of first openings have been removed, and in which the residual gate material extends at a location where the plurality of gate openings are each aligned perpendicularly to the first opening; Removing any material and particles generally superimposed on the particles to be made of; 아래에 놓인 아래쪽 전기적 비절연 영역 아래로 대체로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계; 및Etching the insulating layer through the gate opening to form a corresponding dielectric opening generally through the insulating layer underneath the underlying electrically non-insulating region; And 각각의 전자방출소자가 유전체 개구부중의 대응하는 하나에 적어도 부분적으로 위치되도록 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 다수의 전자방출소자를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Forming a plurality of electron-emitting devices over the lower non-insulated region such that each electron-emitting device is at least partially positioned in a corresponding one of the dielectric openings. 전기적 비절연 게이트층이 아래쪽 전기적 비절연 영역 위에 전기적 절연층을 놓는 구조체를 제공하는 단계;Providing a structure in which the electrically non-insulating gate layer lays an electrically insulating layer over the lower electrically non-insulating region; 게이트층에 걸쳐 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles over the gate layer; 적어도 입자들 사이의 공간에서 게이트층에 걸쳐 제 1 재료를 제공하는 단계;Providing a first material over the gate layer in at least the space between the particles; 잔여 제 1 재료가 다수의 제 1 개구부가 제거된 입자의 위치에서 확장되는 제 1 층으로 이루어지도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;Removing any material and particles generally overlapping the particles such that the remaining first material consists of a first layer extending at the location of the particles from which the plurality of first openings have been removed; 게이트층을 통해 대응하는 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계;Etching the gate layer through the first opening to form a corresponding gate opening through the gate layer; 대체로 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계;Etching the insulating layer through the gate opening to form a corresponding dielectric opening generally through the insulating layer; 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 대응하는 전자방출소자를 형성하기 위해 제 1 층에 걸쳐, 그리고 유전체 개구부로 전기적 비절연 이미터 재료를 침적하는 단계; 및Depositing an electrically non-insulating emitter material over the first layer and into the dielectric opening to form a corresponding electron-emitting device over the lower non-insulating region; And 제 1 층에 걸쳐 누적된 임의의 이미터 재료를 대체로 제거하도록 제 1 층을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Removing the first layer to generally remove any emitter material accumulated over the first layer. 제 1 층에 걸쳐 다수의 입자를 분사하는 단계;Spraying a plurality of particles over the first layer; 적어도 입자들 사이의 공간에서 제 1 층에 걸쳐 추가 재료를 제공하는 단계;Providing additional material over the first layer in at least the space between the particles; 틈이 제거된 입자 위치에서 잔여 추가 재료를 통해 확장되도록 대체로 입자에 중첩되는 임의의 재료 및 입자를 제거하는 단계;Removing any material and particles generally overlapping the particles such that the gap extends through the remaining additional material at the removed particle location; 아래에 놓인 전기적 비절연 게이트층 아래로 제 1 층을 통해 대응하는 제 1 개구부를 형성하기 위해 틈을 통해 제 1 층을 에칭하는 단계;Etching the first layer through the gap to form a corresponding first opening through the first layer below the underlying electrically non-insulated gate layer; 아래에 놓인 전기적 절연층 아래로 게이트층을 통해 대응하는 게이트 개구부를 형성하기 위해 제 1 개구부를 통해 게이트층을 에칭하는 단계;Etching the gate layer through the first opening to form a corresponding gate opening through the gate layer underneath the underlying electrically insulating layer; 아래에 놓인 아래쪽 전기적 비절연 영역 아래로 대개 절연층을 통해 대응하는 유전체 개구부를 형성하기 위해 게이트 개구부를 통해 절연층을 에칭하는 단계; 및Etching the insulating layer through the gate opening to form a corresponding dielectric opening, usually through the insulating layer underneath the underlying electrically non-insulating region; And 각각의 전자방출소자가 유전체 개구부중의 대응하는 하나에 적어도 부분적으로 위치되도록 아래쪽 비절연 영역에 걸쳐 다수의 전자방출소자를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.Forming a plurality of electron-emitting devices over the lower non-insulated region such that each electron-emitting device is at least partially positioned in a corresponding one of the dielectric openings. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 22 to 29, 제 1 층은 비유기적 유전체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.And the first layer is made of an inorganic dielectric material. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 22 to 29, 게이트 재료는 작은 개구부를 정확하게 에칭하기 어려운 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.And the gate material is made of a metal that is difficult to accurately etch the small openings. 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 22 to 29, 전자방출소자는 일반적으로 원추형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The electron-emitting device is generally characterized in that it is formed in a conical shape. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 27 to 29, 전자방출소자는 일반적으로 필라멘트 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The electron-emitting device is characterized in that it is generally formed in a filament shape. 제 1 항 내지 제 13 항 및 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13 and 22 to 29, 입자는 큰 구형인 것을 특징으로 하는 방법.The particles are large spherical. 제 1 항 내지 제 13 항 및 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13 and 22 to 29, 전자방출소자는 대체로 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.And the electron-emitting device has substantially the same size. 제 1 항 내지 제 13 항 및 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13 and 22 to 29, 전자방출소자는 전계 방출 모드로 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.And wherein the electron-emitting device operates in field emission mode. 제 1 항 내지 제 13 항 및 제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13 and 22 to 29, 전자방출소자에 의해 방출된 전자를 모으기 위해 전자방출소자 위에, 그리고 그로부터 간격을 두고 떨어져있는 애노드 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Providing anode means on and away from the electron-emitting device to collect electrons emitted by the electron-emitting device. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 애노드 수단은 전자방출소자로부터 방출된 전자에 의해 부딪힐 때 빛을 방출하기 위해 발광 소자를 갖는 발광 구조체의 일부분으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.And said anode means are provided as part of a light emitting structure having a light emitting element for emitting light when hit by electrons emitted from the electron emitting element.
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