NL7905470A

NL7905470A - Halfgeleiderinrichting en werkwijze ter vervaardiging daarvan, alsmede een opneembuis en een weergeefinrich- ting met een dergelijke halfgeleiderinrichting.

Info

Publication number: NL7905470A
Application number: NL7905470A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FR2461350B1; NL184589B; ES8106631A1; IT1131955B; SE8009140L; CA1173487A; ES493310A0; GB2054959B; ES8105117A1; AU537044B2; JPS5615529A; AT383441B; DE3025945C2; ES495230A0; NL184589C; BE884289A; US4370797A; IT8023378A0; ATA365480A; SE443061B

Description

4 ί 4 ΡΗΝ 9532 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Halfgeleiderinrichting en werkwijze ter vervaardiging daarvan, alsmede een opneembuis en een weergeefinrichting met een dergelijke halfgeleiderinrichting”.

De uitvinding betreft een halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenbundel met een kathode bevattende een halfgeleiderlichaam met een pn-overgang tussen een aan een oppervlak van het halfgeleiderlichaam gren-5 zend n-type gebied en een p-type gebied, waarbij door het aanleggen van een spanning in de keerrichting over de pn-overgang in het halfgeleiderlichaam door lawinevermenig-vuldiging elektronen worden gegenereerd die uit het halfgeleiderlichaam treden.

10 Daarnaast betreft de uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke halfgeleiderinrichting alsmede een opneembuis en een weergeefinrichting met een dergelijke halfgeleiderinrichting.

Halfgeleiderinrichtingen van de bovengenoemde 15 soort zijn bekend uit het Britse octrooischrift 1.303*659·

Zij worden onder meer gebruikt in kathodestraalbuizen, waarin zij de conventionele thermische kathode, waarbij elek-tronen-emissie door verhitting wordt opgewekt, vervangen.

Naast het hoge energieverbruik ten behoeve van de verhit-20 ting hebben thermische kathoden het nadeel dat zij niet direct bedrijfsklaar zijn omdat zij eerst voldoende opgewarmd moeten worden voordat emissie optreedt. Daarnaast gaat door verdamping op den duur het kathodemateriaal verloren zodat deze kathoden een beperkte levensduur hebben.

25 Om de in de praktijk lastige verhittingsbron te vermijden en ook om aan de andere bezwaren tegemoet te komen heeft men gezocht naar een koude kathode.

Een van de oplossingen werd gezien in de zogenaamde veldemissie-kathode, waarbij met een sterk uitwendig 30 elektrisch veld elektronen uit een puntvormige niet verhitte kathode worden getrokken. Toepassing van deze veldemis-siekathode is echter zeer beperkt vanwege het benodigde zeer sterke uitwendige elektrische veld, de kwetsbaarheid 790 54 70.

\ i PHN 9532 2 van de kathode ten gevolge van elektrische ontladingen in de emissieruimte en het voor stabiele emissie benodigde ul-tra-hoog vacuüm (10 è. 100 nano-Pascal).

Een andere oplossing bestaat uit zogenaamde "ne-5 gatieve elektronen-affiniteit"-kathoden, waarbij een halfgeleider lichaam van het n-type bedekt is met een zeer dun p-type oppervlaktegebied en de aldus ontstane pn-overgang in de voorwaartsrichting is voorgespannen. Aangezien het p-type oppervlaktegebied een dikte heeft die kleiner is dan 10 de diffusie-recombinatielengte van de elektronen in het p-type gebied kunnen door de pn-overgang in dit p-type gebied geïnjecteerde elektronen, mits zij vóldoende energie hebben, aan het oppervlak van het p-type gebied uit het halfgelei-deroppervlak treden. Om dit uittreden van de elektronen te 15 bevorderen is het oppervlak doorgaans bedekt met een elektronenui ttree-arbeidverlagend materiaal,zoals bijvoorbeeld een cesium bevattend materiaal.

Een probleem bij deze "negatieve elektronen-affi-niteit”-kathoden is onder meer het optreden van recombina-20 tie in de dunne p-laag, die de injectiestroom beperkt. Bovendien gaat in het gebruik de bekledingslaag van elektronenui ttree-arbeidverlagend materiaal langzaam verloren hetgeen een beperking stelt aan de levensduur van deze kathoden.

25 Naast de reeds genoemde kathoden bestaan kathoden gebaseerd op het uittreden van elektronen uit het halfge-leiderlichaam wanneer een pn-overgang zodanig in de keer-richting wordt bedreven dat lawinevermenigvuldiging optreedt. Hierbij kunnen sommige elektronen zoveel kinetische energie 30 verkrijgen als nodig is- om de elektronenuittree-potentiaal te overschrijden; deze elektronen komen dan vrij aan het oppervlak en leveren aldus een elektronenstroom. Een dergelijke kathode is bekend uit het reeds genoemde Britse oc-trooischrift No. 1.303·6.59 en vormt het onderwerp van de 35 onderhavige octrooiaanvrage. In het uitvoeringsvoorbeeld van het bovengenoemde octrooischrift wordt een kathode beschreven waarbij als halfgeleidermateri’aal siliciumcarbide wordt _gebruikt. Alleen bij siliciumcarbide wordt namelijk .in een 790 5 4 70

« I

PHN 9532 3 dergelijke inrichting een zodanige efficiency, dat wil zeggen een zodanige verhouding tussen de opgewekte elektronen-stroom en de benodigde lawinestroom door de pn-overgang bereikt, dat deze voor praktische toepassing bruikbaar is.

5 Bij het gebruik van bovengenoemde soorten katho den, in bijvoorbeeld opneembuizen of kleine weergeefbuizen, worden de vrijkomende elektronen met behulp van stuurroos-ters versneld en de aldus verkregen elektronenbundel wordt dikwijls met behulp van elektronenoptiek in een punt gecon-10 centreerd. Dit punt, een zogenaamde "cross-over" fungeert als een reële bron voor de eigenlijke elektronenbundel die vervolgens, bijvoorbeeld met behulp van elektromagnetische middelen zoals deflectiespoelen, wordt afgebogen om bijvoorbeeld in een opneembuis een fotogeleidende laag, die beeld-15 informatie bevat, af te tasten.

Ter plaatse van de bovengenoemde "cross-over” vinden onderlinge interacties plaats tussen de vrijgekomen elektronen. De verdeling van de elektronenenergie wordt hierdoor zodanig aangetast dat de bijbehorende elektronentempe-20 ratuur wordt verhoogd en de energieverdeling van de elektronen een grotere spreiding krijgt. Dit heeft op de zogenaamde acceptantiekromme van de bundel een nadelige invloed in die zin, dat in de opneembuis nawerkingseffecten optreden.

De in het Britse octrooischrift No. 1.303*659 be-25 schreven inrichting toont een pn-overgang die het oppervlak snijdt. Wanneer deze halfgeleiderinrichting opgenomen is in een kathodestraalbuis of een andere ontladingsinrichting zal de kathode in het algemeen deel uitmaken van een groter geheel, waarbij ten gevolge van andere elektroden, zoals een 30 anode of stuurroosters, de elektronen in de bedrijfstoestand van de halfgeleiderinrichting worden weggezogen en wel in de richting loodrecht op het hoofdoppervlak van het halfge-leiderlichaam. In groter verbrand gezien zijn de elektronen derhalve onderworpen aan een elektrisch veld met een compo-35 nent loodrecht op dit hoofdoppervlak. Onder hoofdoppervlak wordt hier het halfgeleideroppervlak verstaan met inbegrip van eventuele groeven of verdiepingen.

__________ Het elektrisch veld van de ten gevolge van. lawine- “7905470 .....

> » PHN 9532 k doorslag elektronen emitterende pn-overgang is loodrecht op deze pn-overgang gericht. Als gevolg hiervan kunnen de uittredende elektronen een snelheidscomponent hebben in een andere richting dan de gewenste hetgeen nodelig kan zijn, 5 in het bijzonder wanneer een smalle elektronenbundel vereist is.

Verder is bij experimenten gebleken dat bij inrichtingen van het type volgens het Britse octrooischrift, waarbij de bij de pn-overgang behorende uitputtingszone aan 10 het oppervlak grenst.de met behulp van een dergelijke koude kathode gegenereerde elektronen een energieverdeling vertonen, die met name voor het gebruik in een opneembuis niet optimaal is. De vrijkomende elektronen bezitten namelijk geen scherp gedefinieerde elektronentemperatuur maar de 15 energieverdeling van de geëmitteerde elektronen vertoont naast een scherpe piek, die afhankelijk is van de stroom door de pn-overgang en de spanning op de versnellingselek-trode, een tweede brede verdeling van energiewaarden. Een dergelijke onscherpe energieverdeling beïnvloedt de eerder 20 genoemde acceptantiekromme van de bundel op nadelige wijze.

De vorm van de energieverdeling kan vermoedelijk worden verklaard als opgebouwd uit twee verdelingen. De brede verdeling ontstaat hierbij door uittreden van elektronen die reeds in het uitputtingsgebied voldoende energie ver-25 krijgen om de elektronenuittree-potentiaal te overschrijden en daardoor uittreden op verschillende punten van het oppervlak met verschillende potentialen. De smalle piek daarentegen ontstaat in hoofdzaak door het uittreden van elektronen die de gehele uitputtingszone hebben doorlopen en 30 uittreden vanuit het geleidend deel van de n-type zone die aan het oppervlak een vrijwel constante potentiaal bezit.

De uitvinding stelt zich ondermeer ten doel een halfgeleiderinrichting te verschaffen, waarbij de efficiency zoveel verbeterd is ten opzichte van die in de inrich-35 ting beschreven in het Britse octrooischrift, dat ook silicium als materiaal voor een dergelijke kathode kan worden gebruikt. Voorts stelt de uitvinding zich ten doel een half-_geleiderinrichting te verschaffen waarbij de energisverHe- 7905470 > PHN 9532 5 ling van de elektronen in de opgewekte bundel slechts een geringe spreiding vertoont.

Zij berust onder meer op het inzicht dat dit bereikt kan worden door het elektrisch veld te beïnvloeden in 5 de directe omgeving van de pn-overgang, waarbij de energie-verdeling van de elektronen beïnvloed kan worden door de pn-overgang op een geschikte wijze aan te brengen.

Een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat het oppervlak voorzien is van 10 een elektrisch isolerende laag waarin tenminste een opening is aangebracht, waarbij op de isolerende laag op de rand van de opening tenminste een versnellingselektrode is aangebracht en waarbij de pn-overgang althans binnen de opening in hoofdzaak evenwijdig aan het halfgeleideroppervlak 15 loopt en binnen de opening plaatselijk een lagere doorslag-spanning dan het overige deel van de pn-overgang vertoont waarbij het deel met lagere doorslagspanning van het oppervlak is gescheiden door een n-type geleidende laag met een zodanige dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de 20 uitputtingszone van de pn-overgang zich niet tot aan het oppervlak uitstrekt doch daarvan gescheiden blijft door een oppervlaktelaag die voldoende dun is om de gegenereerde elektronen door te laten.

Bij een dergelijke halfgeleiderinrichting blijkt 25 de efficiency zoveel te zijn verbeterd dat nu ook bij het gebruik van andere materialen dan siliciumcarbide, bijvoorbeeld van silicium, efficiencies bereikt kunnen worden die voor praktische doeleinden bruikbaar zijn. Dit heeft het voordeel dat enerzijds de kathodestructuur met de voor het 30 vervaardigen van geïntegreerde schakelingen in silicium bekende technologie kan worden vervaardigd en dat anderzijds deze kathodestructuren zonder technologische bezwaren in geïntegreerde schakelingen kunnen worden opgenomen. Een verder voordeel bestaat hierin dat met behulp van spanningen 35 op de versnellingselektrode de emissie gemoduleerd kan worden. Bovendien kan als de versnellingselektrode uit twee of meer delen bestaat die elk op een verschillende potentiaal ______gebracht worden de richting van de emissie worden beïnvloed.

T9Ö 5 4 7 Ö « *> PHN 9532 6

In het bijzonder kan een door een ringvormige opening gegenereerd 'emissiepatroon in een punt worden afgebeeld, bijvoorbeeld in een punt van de fotogeleidende laag van een opneembuis teneinde de aanwezige beeldinformatie uit te le-5 zen.

In het bijzonder kan men de elektronen ook als het ware uit een virtuele bron laten komen, waarna deze met behulp van op zichzelf bekende elektronenoptiek in een punt op een trefplaat kan worden afgebeeld. Een voordeel hiervan 10 is dat op eenvoudige wijze dynamisch focusseren mogelijk is. Met behulp van de gebruikelijke deflectiemiddelen kan het punt over het oppervlak van de fotógeleidende laag worden verplaatst; op deze manier kan de beeldinformatie, worden afgetast.

15 Doordat de elektronenbundel nu rechtstreeks vanaf de kathode zonder vorming van een "cross-over" op de foto-geleidende laag wordt afgebeeld is het mogelijk een kortere opneembuis te vervaardigen. Door het weglaten van de "crossover" wordt bovendien vermeden dat de elektronentemperatuur 20 in de bundel onnodig wordt verhoogd. Ten opzichte van een thermische kathode kan door de mogelijkheid van een virtuele elektronenbron de buis nog extra verkort worden doordat de virtuele bron, die een vergelijkbare functie heeft als de "cross-over" bij buizen met een thermische kathode zich 25 nu niet tussen de trefplaat en de kathode bevindt, maar de kathode zich tussen de virtuele bron en de trefplaat bevindt.

De geconstateerde efficiencyverbetering kan als volgt worden verklaard. In de eerste plaats treedt ten gevolge van het sterke elektrische veld bij het oppervlak, 30 dat via de versnellingselektrode wordt opgewekt een verlaging op van dè uittreepotentiaal (Schottky-effeet). Daarnaast wordt de vorming van ruimtelading voorkomen.

Tenslotte worden de elektronenbanen beter gedefinieerd dan in bestaande inrichtingen, terwijl bovendien de 35 energieverdeling van de elektronen een geringe spreiding vertoont. Door de versnellingselektrode een voldoend hoge potentiaal te geven worden de elektronen in de richting van __cleze elektrode versneld (ook die elektronen die bij het uit- 790 5 4 70 " '....... “ i * PHN 9532 7 treden een marginale kinetische energie hebben) en wordt de snelheidscompont met een andere richting dan gewenst drastisch verminderd ten opzichte van die in de bekende inrichting, waar de pn-overgang het oppervlak snijdt.

5 Het feit dat de pn-overgang evenwijdig aan het halfgeleideroppervlak loopt heeft bovendien een gunstige invloed op de energieverdeling van de geëmitteerde elektronen.

Doordat in een inrichting volgens de uitvinding 10 de uitputtingszone niet aan het oppervlak komt valt in de energieverdeling van de door een dergelijke inrichting ge-* emitteerde elektronen de genoemde "brede piek" weg.

Opgemerkt zij dat, in het artikel "Hot-Electron Emission From Shallow p-n Junctions in Silicon" door D.J.

15 Barteling, J.L. Mall en N.I. Meyer, verschenen in "Physical Review" Vol. 130, no. 3, 1 May 1963 pag. 972-985, meetresultaten worden getoond van de energieverdeling van elektronen die door een gesperde pn-overgang evenwijdig aan het oppervlak door lawinevermenigvuldiging worden gegenereerd en uit 20 een siliciumlichaam treden. De daar getoonde meetresultaten laten een energieverdeling zien die zich over een veel breder gebied uitstrekt dan bij de metingen aan halfgeleider-inrichtingen volgens de uitvinding (de gemeten energiever-delingen hebben halfwaardebreedten van respektievelijk ca.

25 1,4- eV en ca. 0,5 eV overeenkomend met elektronentemperatu- ren van respektievelijk 0,5 eV en 0,2 eV). Over een mogelijke bijdrage van elektronen die vanuit de uitputtingszone uittreden wordt in het genoemde artikel niet gesproken.

In de gebruikte opstelling is echter geen sprake 30 van een versnellingselektrode; evenmin heeft de pn-overgang plaatselijk een lagere doorslagspanning.

De doorslagspanning kan op verschillende manieren plaatselijk worden verlaagd. Zo kan men op de gewenste plaats(en) roosterbeschadigingen aanbrengen, bijvoorbeeld 35 door het beschieten met versnelde deeltjes, bijvoorbeeld protonen. Ook kan men ter plaatse van de opening een V-vormige groef of kuil in het halfgeleiderlichaam aanbrengen ........„waardoor concentratie van de veldlijnen en dientengevolge 790 5 4 70 PHN 9532 8 een lagere doorslagspanning optreedt.

Bij voorkeur -wordt de verlaging van de doorslagspanning echter verkregen door een extra doteringsstap. Een voorkeursuitvoering van de halfgeleiderinrichting volgens 5 de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat de doorslagspanning plaatselijk verlaagd wordt door een plaatselijk hoger gedoteerde zone van het p-type gebied, welke zone althans in de bedrijfstoestand tot in de uitputtingszone reikt.

Op de plaats van het hoger gedoteerde p-gebied 10 treedt nu een versmalling van de uitputtingszone en daardoor een verlaging van de doorslagspanning op.

Een andere voorkeursuitvoering volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de breedte van het hoger gedoteerde p-type gebied ten hoogste 5 micrometer bedraagt. Door 15 deze maatregel wordt voorkomen dat stroomconcentratie (current-crowding) optreedt.

Onder andere ten behoeve van de bovengenoemde toepassing in opneembuizen is de kathode bij voorkeur uitge-voerd met de opening als een in hoofdzaak ringvormige spleet 20 waarbij de versnellingselektrode is opgebouwd uit twee of meer deelelektroden, waarbij een deelëlektrode binnen de ringvormige spleet en een deelelektrode buiten de ringvormige spleet ligt.

De ringvormige spleet hoeft niet altijd cirkel-25 vormig te zijn maar kan bijvoorbeeld ook ellipsvormig, en onder omstandigheden zelfs vierkant of rechthoekig zijn.

Ook hoeft de opening niet altijd als een spleet te worden uitgevoerd. Met name in weergeeftoepassingen zijn ronde en ook vierkante of rechthoekige openingen zeer ge-30 schikt.

De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting als boven genoemd. Een dergelijke werkwijze wordt hierdoor gekenmerkt dat uit gegaan wordt van een halfgeleiderlichaam met een aan 35 een oppervlak grenzend n-type gebied dat met een daaraan grenzend p-type gebied een pn-overgang’vormt, dat het oppervlak bedekt wordt met een isolerende laag, dat de isoleren-___deklaag bedekt wordt met een elektrisch geleidende laag.die 7IT5T70 Γ PHff 9532 9 • # * vervolgens bedekt wordt met een maskeringslaag, dat in de maskeringslaag een opening wordt aangebracht waarna via deze opening achtereenvolgens de geleidende laag en de isolerende laag door etsen worden verwijderd waarbij althans de 5 in de geleidende laag geëtste opening groter is dan een daaronder liggend oppervlaktedeel waarbinnen het p-type gebied aan het oppervlak grenst, dat daarna onder toepassing van de maskeringslaag of de maskeringslaag samen met de isolerende laag als masker acceptoratomen ih het genoemde 10 oppervlaktedeel worden geïntroduceerd ter vorming van een binnen het genoemde oppervlaktedeel gelegen p-type zone met hogere doteringsconcentratie dan het p-type gebied, waarna de maskeringslaag wordt verwijderd en onder toepassing vein de geleidende laag als masker donoratomen in het oppervlak-15 tedeel worden geïntroduceerd tot op een diepte die kleiner is dan die van de p-type zone,-waarna de als versnellings-elektrode dienende geleidende laag, het n-type gebied en het p-type gebied van aansluitgeleiders worden voorzien. Een dergelijke werkwijze heeft het voordeel dat bij bepaalde 20 stappen de isolerende laag of de geleidende laag als masker fungeert en deze werkwijze daardoor gedeeltelijk zelfregis-trerend is.

Een werkwijze die geheel zelfregistrerend is heeft het kenmerk dat het n-type gebied zich aanvankelijk ook ter 25 plaatse van de geëtste opening uitstrekt en dat na het etsen van de isolerende laag onder toepassing van de geleidende laag als etsmasker het n-type gebied ter plaatse van het genoemde oppervlaktedeel over zijn gehele diepte wordt weggeëtst, waarna de p-type zone wordt geïmplanteerd onder 30 toepassing van de isolerende laag als masker.

Bij voorkeur worden de donorionen in het genoemde oppervlaktedeel geïmplanteerd via een oxydelaag met een zodanige energie dat de maximale donorconcentratie vrijwel samenvalt met het oppervlak van het halfgeleiderlichaam.

35 Hierdoor wordt een zo gering mogelijke serieweerstand in het n-type gebied verkregen.

Een kathode volgens de uitvinding kan zoals be-.....„.schreven, met voordeel worden toegepast in een opneembuis 7905470 ' PHN 9532 10 terwijl ook voor een weergeefinrichting met een halfgelei-derkathode volgens de uitvinding diverse toepassingen bestaan. Een daarvan is bijvoorbeeld een weergeefbuis, die een fluorescerend scherm bevat, dat geactiveerd wordt door 5 de van de halfgeleiderinrichting afkomstige elektronenstroom.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin figuur 1 schematisch een bovenaanzicht toont van 10 een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede geeft van de halfgeleiderinrichting volgens de lijn II-II in figuur 1 figuur 3 een beeld geeft van de energieverdeling 15 van de door een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding gegenereerde elektronen.

figuur k schematisch een conventionele kathode-straalbuis toont figuur 5 schematisch een kathodestraalbuis toont 20 waarin een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding wordt toegepast figuur 6 schematisch in dwarsdoorsnede een conventionele halfgeleiderinrichting toont, die ten behoeve van vergelijkende metingen van een versnellingselektrode is 25 voorzien.

figuur 7 een kwalitatief beeld geeft van de ene-gieverdeling. van de door een halfgeleiderinrichting volgens figuur 6 gegenereerde elektronen.

de figuren 8 t/m 10 schematisch in dwarsdoorsnede 30 de halfgeleiderinrichting van figuur 2 weergeven in opeenvolgende stadia van een werkwijze volgens de uitvinding figuur 11 schematisch een dwarsdoorsnede geeft van een andere halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding de figuren 12 tot en met 14 schematisch in dwars-35 doorsnede de halfgeleiderinrichting van figuur 11 weergeven in opeenvolgende stadia van een werkwijze volgens de uitvinding.

_______ figuur 15 schematisch een dwarsdoorsnede toont______ 790 5 4 7 0 " PHN 9532 11 van een andere halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding figuur 16 schematisch een dwarsdoorsnede geeft van weer een andere halfgeleiderïnrichting volgens de uitvinding, 5 figuur 17 schematisch in dwarsdoorsnede de half- geleiderinrichting van figuur 15 geeft tijdens een stadium van zijn vervaardiging figuur 18 schematisch een dwarsdoorsnede toont van weer een andere halfgeleiderïnrichting volgens de uit-10 vinding figuur 19 schematisch in bovenaanzicht een halfge-leiderinrichting volgens de uitvinding toont voor toepassing in een weergeefinrichting, figuur 20 schematisch een dwarsdoorsnede geeft 15 van de halfgeleiderinrichting van figuur 19 volgens de lijn

XX- XX

figuur 21 schematisch een dwarsdoorsnede geeft van de halfgeleiderinrichting van figuur 19 volgens de lijn

XXI- XXI

20 figuur 22 schematisch in perspectief een deel van een weergeefinrichting toont, waarin een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding wordt toegepast, terwijl figuur 23 schematisch een- dergelijke weergeefin-richting toont ten behoeve van weergeeftoepassingen en 25 figuur 24 schematisch een dergelijke weergeefin- richting geeft voor het gebruik in elektronenlithografie

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend waarbij ter wille van de duidelijkheid, in de dwarsdoorsneden in het bijzonder de afmetingen in de. dikterichting 30 sterk zijn overdreven. Halfgeleiderzones van hetzelfde ge-leidingstype zijn in het algemeen in dezelfde richting gearceerd; in de figuren zijn overeenkomstige delen in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Figuur 1 toont in bovenaanzicht en figuur 2 in 35 dwarsdoorsnede langs de lijn II-II in figuur 1 een halfgeleiderinrichting die is ingericht voor het opwekken van een elektronenbundel. Deze bevat daartoe een kathode met een . halfgeleiderlichaam 1, in dit voorbeeld van silicium. Het 7905 470“' PHN 9532 12 halfgeleid.erlich.aatn bevat in dit voorbeeld een aan een oppervlak 2 van het halfgeleiderlichaam grenzend n-type gebied 3> dat met een p-type gebied k de pn-overgang 5 vormt. Door aanleggen van een spanning in de keerrichting 5 over de pn-overgang worden door lawinevermenigvuldiging elektronen gegenereerd die uit het halfgeleiderlichaam treden. Dit is weergegeven door middel van de pijl 6 in Fig, 2.

In de praktijk is de efficiency van een derge-10 lijk soort inrichting, met name bij het gebruik van silicium als halfgeleidermateriaal zo laag, dat van een bruikbare kathode geen sprake is. Hieraan kan tegemoet gekomen worden door het gebruik van siliciumcarbide, maar dit is technologisch nadelig, omdat de bij de vervaardiging van geïn-15 tegreerde schakelingen toegepaste technologie hiervoor niet geschikt is.

Volgens de uitvinding is het oppervlak 2 voorzien van een elektrisch isolerende laag 7 van bijvoorbeeld si-liciumoxyde, waarin ten minste een opening 8 is aangebracht. 20 Binnen de opening 8 loopt de pn-overgang 5 vrijwel parallel aan het oppervlak 2. Verder is op de isolerende laag 7 op de rand van de opening 8 een versnellingselektrode 9 aangebracht, die in dit voorbeeld van polykristallijn silicium is.

25 Volgens de uitvinding vertoont de pn-overgang 5 binnen de opening 8 plaatselijk een lagere doorslagspanning dan het overige deel van de pn-overgang. In dit voorbeeld wordt de plaatselijke verlaging van de doorslagspanning verkregen doordat binnen de opening 8 de uitputtingszone 10 30 bij de doorslagspanning smaller is dan op andere punten van de pn-overgang 5· Het deel van de pn-overgang 5 niet verlaagde doorslagspanning is van het oppervlak 2 gescheiden door de n-type laag 3· Deze laag heeft een zodanige dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de uitputtingszone 10 35 van de pn-overgang 5 zich niet tot het oppervlak 2 uitstrekt. Hierdoor blijft een oppervlaktelaag 11 aanwezig die de geleiding van het niet geëmitteerde deel van de lawinestroom verzorgt. De oppervlaktelaag 11 is voldoende 7905*70 PHN 9532 13 dun om een deel van de door lawinevermenigvuldiging gegenereerde elektronen door te laten, welke elektronen uit het halfgeleiderlichaam 1 treden en de bundel 6 vormen.

De insnoering van de uitputtingszone 10 en daar-5 mee de plaatselijke verlaging van de doorslagspanning van de pn-overgang 5 wordt in het onderhavige voorbeeld verkregen door een hoger gedoteerd p-type gebied 12 binnen de opening 8 aan te brengen, dat met het n-type gebied 3 een p-n-overgang vormt.

10 De halfgeleiderinrichting is verder nog voorzien van een aansluitelektrode 13 die via een contactgat verbonden is met de n-type contactzone l4 die met de n-type zone 3 is verbonden. De p-type zone is in dit voorbeeld aan de onderzijde gecontacteerd door middel van de metallisatielaag 15 15. Deze contactering vindt bij voorkeur plaats via een hooggedoteerde p-type contactzone 16.

In het voorbeeld van Figuur 1 en 2 is de donor- concentratie in het n-type gebied 3 aan het oppervlak bij-18 3 voorbeeld 5·10 atomen/cnr terwijl de acceptor-concentratie 1 5

20 in het p-type gebied k veel lager is, bijvoorbeeld 10 J

O

atomen/cm . Het hoger gedoteerde p-type gebied 12 binnen de opening 8 heeft ter plaatse van de pn-overgang een acceptor- 17 3 concentratie van bijvoorbeeld 3·10 ' atomen/cm . Hierdoor is ter plaatse van dit gebied 12 de uitputtingszone 10 van 25 de pn-overgang 5 ingesnoerd hetgeen in een verlaagde doorslagspanning resulteert. Hierdoor zal de lawinevermenigvuldiging het eerst op deze plaats optreden.

De dikte van het n-type gebied 3 bedraagt in dit voorbeeld 0,02 micrometer. Bij de genoemde donor-con-30 centratie kunnen voldoende donoren worden geïoniseerd om de veldsterkte (ca. 6.10·^ V/cm) waarbij lawinevermenigvuldiging op gaat treden te bereiken terwijl toch een opper-vlaktelaag 11 aanwezig blijft, waardoor enerzijds de geleiding naar de pn-overgang 5 kan plaatsvinden, terwijl deze 35 laag anderzijds dun genoeg is om een gedeelte van de gegenereerde elektronen door te laten. Bij een dikte van 0,2 micrometer zal de n-type geleidende laag in het algemeen-een zodanig remmende invloed op de gegenereerde elektronen 790 5 4 70 PHN 9532 14 uitoefenen dat de efficiency van de kathode te zeer wordt verminderd om nog bruikbaar te zijn.

Bij het aanleggen van een spanning in de keer- richting over de pn-overgang 5 in de inrichting volgens 5 figuur 1 en 2 ontstaat aan beide zijden van deze overgang een uitputtingszone, dat wil zeggen een gebied waarin zich praktisch geen beweeglijke ladingdragers bevinden. Buiten deze uitputtingszone is geleiding goed mogelijk, zodat vrijwel de gehele spanning over deze uitputtingszone staat.

10 Het daarmee gepaard gaande elektrisch veld kan nu zo hoog worden dat lawinevermenigvuldiging optreedt. Hierbij komen Λοορ elektronen vrij dieVGet aanwezige veld zodanig versneld worden, dat zij bij botsing met siliciumatomen elektron-gatparen vormen. De hierdoor gevormde elektronen worden op 15 hun beurt weer versneld door het elektrisch veld en kunnen opnieuw elektrorj^atparen vormen. De energie van de elektronen kan zo hoog zijn, dat de elektronen voldoende energie hebben om uit het materiaal te treden. Hierdoor ontstaat een elektronenstroom, in figuur 2 schematisch aange-20 geven door de pijl 6.

Door volgens de uitvinding een versnellingselek-trode 9 aan te brengen, die op een isolerende laag 7 aan de rand van een opening 8 ligt kunnen de vrijgekomen elektronen door de versnellingselektrode 9 een positieve 25 potentiaal te geven worden versneld.in een richting ongeveer loodrecht op het oppervlak 2. Het betreft hier doorgaans een extra versnelling in deze richting omdat een dergelijke halfgeleiderstructuur (kathode) in de praktijk deel uitmaakt van een inrichting waarin al dan niet op enige 30 afstand reeds een positieve anode of andere elektrode, zoals bijvoorbeeld een stuurrooster aanwezig is.

Elektronenemissie vindt in dit voorbeeld plaats volgens een praktisch ringvormige spleet. Hoewel dit door het schematisch karakter van de tekening slecht naar voren 35 komt, zal de onderbreking van de spleet ten behoeve van de aansluiting 9b zeer.klein zijn ten opzichte van de totale omtrek zodat dit voor praktische toepassingen geen bezwaar is-,- De versnellingselektrode bestaat hier uit twee delen 7905470 PHN 9532 15 9a en 9b. Door deze delen een verschillende potentiaal te geven kan men de uittredende bundel laten divergeren of convergeren en bijvoorbeeld afbeelden op het gevoelige deel van een trefplaat in een opneembuis.

5 De opening 8 heeft in dit voorbeeld de vorm van een smalle spleet met een breedte die van dezelfde orde van grootte is als de dikte van de isolerende laag 7· Zo is de breedte van de spleet bijvoorbeeld h micrometer, de dikte van de oxydelaag 1 micrometer. Door deze afmetingen zo 10 te kiezen en de versnellingselektrode 9 in de onmiddellijke nabijheid en bij voorkeur rondom deze opening te leggen ontstaat boven de spleet een equipotentiaalvlak hetgeen de versnelling van de elektronen ten goede komt.

De elektrisch isolerende laag 7 bestaat in dit 15 voorbeeld uit siliciumoxyde terwijl de versnellingselektrode 9 uit polykristallijn silicium bestaat, evenals de elektrode 13· Voor de isolerende laag kan echter elk geschikt ander materiaal gekozen worden, zoals bijvoorbeeld een siliciumnitride-siliciumoxyde dubbellaag, terwijl voor de 20 elektroden elk ander in de halfgeleidertechnologie gebruikelijk materiaal, zoals bijvoorbeeld aluminium gebruikt kan worden.

De breedte van het p-type gebied 12 bedraagt in dit voorbeeld 3 micrometer. Deze breedte is bij voorkeur 25 kleiner dan 5 micrometer omdat anders langs de rand van dit gebied stroomconcentratie (current-crowding) optreedt.

Ten gevolge van een spanning op de versnellingselektrode treedt verlaging van de elektronenuittreepotentiaal op (Schottky-effect), hetgeen de bovengenoemde emissie ver-30 groot, De emissie van elektronen kan bovendien nog vergroot worden door het halfgeleideroppervlak 2 binnen de opening 8 te bedekken met een uittreepotentiaal-verlagend materiaal, bijvoorbeeld met een laag 31 van een materiaal dat barium of cesium bevat.

35 Figuur 3 toont de energieverdeling zoals die ge meten is aan een kathode volgens figuur 1.

Hierbij is het aantal elektronen, dat het half-geleiderlichaam verlaat, met een bepaalde energie uitgezet 7905470 PHN 9532 1 6 als functie van die energie. Langs de horizontale as is de energie E uitgezet in eV terwijl langs de verticale as het aantal geëmitteerde elektronen N(e) in willekeurige eenheden is uitgezet. De absolute waarde van Nis) is mede 5 afhankelijk van de lawinestroom en de spanning op de ver-snellingselektrode.

Doordat volgens de uitvinding de pn-overgang vrijwel evenwijdig aan het oppervlak verloopt en de uit-puttingszone 10 niet tot het oppervlak 2 doordringt komen 10 alleen elektronen vrij die de gehele uitputtingszone hebben doorlopen. De bijbehorende energieverdeling toont een smalle piek 18. Een dergelijke energieverdeling is met name zeer gunstig voor toepassing van de kathode in opneembuizen.

In figuur 4 is schematisch een opneembuis $1, bij-15 voorbeeld een televisieopneembuis afgebeeld van het conventionele type met bijvoorbeeld een thermische kathode 54. De opneembuis bevat verder in een hermetisch afgesloten vacuüm-buis 33 ©en fotogeleidende trefplaat 34 van bijvoorbeeld antimoontrisulfide, welke laag door de elektronenbundel 6 20 wordt afgetast en een schermrooster 39·

De opneembuis bevat op de gebruikelijke wijze elektroden 35» 36 voor het versnellen van elektronen en het focusseren van de elektronenstraal. Voorts zijn gebruikelijke middelen aanwezig om de elektronenstraal af te buigen, 25 zodat de trefplaat 9 kan worden afgetast. Deze middelen bestaan bijvoorbeeld uit een spoelenstelsel 37· Een op te ( nemen beeld wordt met behulp van de lens 38 op de trefplaat 34 geprojekteerd, waarbij de eindwand 52 voor straling doorlatend is.

30 De andere eindwand 53 is ten behoeve van elek trische aansluitingen voorzien van doorvoeren 40.

De uit de kathode 54 vrijkomende elektronen worden eerst in het punt 41 gefocuseerd met behulp van de elektroden 35» 36 welk punt vervolgens met behulp van het 35 spoelenstelsel 37 wordt afgebeeld op de fotogeleidende laag 34. Bij de focussering van de elektronen in het punt 41 ("cross-over") treedt onderlinge wisselwerking op met als gevolg dat de elektronenbundel een breder energiespec- 7905470'· PHN 9532 17 trum krijgt, waardoor de genoemde nawerkingseffecten optreden.

Figuur 5 toont schematisch een opneembuis 51, voorzien van een halfgeleiderkathode 1 volgens de uitvin-5 ding, De opneembuis bevat verder in een hermetisch afgesloten vacuümbuis 33 een fotogeleidende trefplaat 34, welke laag door de elektronenbundel 6 wordt afgetast, terwijl de opneembuis verder is voorzien van een spoelenstelsel 37 om de bundel af te buigen en een schermrooster 39. Een op 10 te nemen beeld wordt met behulp van de lens 38 op de trefplaat 34 geprojekteerd, waarbij de eindwand 52 voor straling doorlatend is. Ten behoeve van elektrische aansluiting is de eindwand 53 voorzien van doorvoeren 40. Xn dit voorbeeld is de halfgeleiderkathode volgens figuur 1 en 2 ge-15 monteerd op de eindwand 53 van de opneembuis 51♦

Doordat de kathode elektronen emitteert met een zeer geringe spreiding in de energie is een dergelijke kathode zeer geschikt om in een dergelijke opneembuis te worden toegepast (of in een korte weergeefbuis), in tegen-20 stelling tot bijvoorbeeld halfgeleiderelektroden waarbij de uitputtingszone van de emitterende pn-overgang aan het oppervlak vrijkomt, welke halfgeleiderelektroden elektronen emitteren met een grote spreiding in de energie. Doordat de elektronen niet eerst worden geconcentreerd in een 25 zogenaamde "cross-over" blijft de energieverdeling smal.

Door de deelelektrode 9a een hogere positieve spanning te geven dan de deelelektrode 9b verlaten in dit voorbeeld de elektronen 6 de kathode langs een afgeknot kegeloppervlak, waarbij de elektronen als het ware uit de 30 virtuele bron 32 komen. Dit maakt een kortere opneembuis 51 mogelijk, terwijl anderzijds dynamisch focusseren mogelijk is door afhankelijk van de af te tasten plaats op de trefplaat 34 met behulp van de spanningen op de deelelek-troden 9a, 9b de plaats van de virtuele bron 32 te wijzigen. 35 Het feit dat de elektronen nu als het ware de kathode verlaten langs een (afgeknot) kegeloppervlak en zich daardoor langs het oppervlak van de bundel bewegen heeft bovendien elektronenoptische voordelen ten opzichte 7905470 PHN 9532 18 van de conventionele opneembuis van figuur k, waarbij de elektronen zich over de gehele dwarsdoorsnede van de bundel bewegen. Het spoelenstelsel 37 beïnvloedt namelijk de elektronen, die zich langs de as van de bundel bewegen, 5 zoals bekend, anders dan de elektronen die zich langs het oppervlak van de bundel bewegen.

Focussering op de fotogevoelige laag isVlnoge-lijk door rechtstreekse besturing van de kathode. Hierdoor zijn de focusseringselektroden niet nodig. Dit betekent dat 10 enerzijds geen verbreding van het energiespectrum in het focusseringspunt ("cross-over") plaatsvindt, terwijl anderzijds met minder hulpelektroden in de kathodestraalbuis en een kortere kathodestraalbuis kan worden volstaan.

Figuur 6 toont een halfgeleiderinrichting V met 15 een kathode waarbij de uitputtingszone zich tot aan het oppervlak 2 uitstrekt, zoals bijvoorbeeld het geval is in het Britse octrooischrift No. 1.303*659* De pn-overgang 5 wordt hier gevormd tussen een n-type substraat 3 en een p-type gebied 4, die buiten de tekening van contacten zijn 20 voorzien teneinde de pn-overgang 5 in de keerrichting voor te spannen. Hierdoor wordt weer lawinevermenigvuldiging opgewekt in de pn-overgang 5» waarbij elektronen uit het halfgeleiderlichaam kunnen treden, hetgeen is aangegeven door de pijl 6. De uittredende elektronen kunnen in een 25 dergelijke inrichting ook weer versneld worden door middel van een versnellingselektrode 9» die is aangebracht op de rand van een opening 8 in een isolerende laag 7> welke opening het oppervlak 2 blootlegt. Aan dit oppervlak, dat desgewenst weer voorzien kan worden van een laag 31 van een 30 uittreepotentiaalverlagend materiaal grenst in dit voorbeeld de pn-overgang 5 en ook de uitputtingszone 10.

De energieverdeling van de uit het halfgeleider-lichaam tredende elektronen als functie van de energie E heeft in dit geval niet de vorm van een smalle band. Bij 35 metingen aan een kathode zoals getoond in figuur 6, waarbij de uitputtingszone 10 aan het oppervlak 2 komt, blijkt dat de energieverdeling kan worden weergegeven door de kromme 17 in figuur 7* Naast een scherpe piek 20, die. af- 7905470 PHN 9532 19 hankelijk is van de stroom door de pn-overgang en de spanning op de versnellingselektrode vertoont deze energiever-deling een brede band 19· Een mogelijke verklaring hiervoor bestaat hierin dat een aantal elektronen bij het doorlopen 5 van de uitputtingszone al voldoende energie krijgen om uit te treden voordat zij de uitputtingszone volledig hebben doorlopen. Deze elektronen komen daardoor vrij op verschillende plaatsen op het oppervlak 2 binnen de uitputtingszone 10. Omdat over deze uitputtingszone vrijwel de gehele keer-10 spanning staat, treedt in dit gedeelte een spannings- gradient op langs het oppervlak 2. Elektronen die uittreden vertrekken daardoor van het oppervlak 2 met verschillende beginpotentialen en krijgen daardoor verschillende energieën. De smalle piek 20 wordt volgens deze verklaring 15 gevormd door elektronen, die de uitputtingszone geheel of vrijwel geheel hebben doorlopen en vertrekken met als beginpotentiaal de potentiaal van het n-gebied.

De inrichting volgens figuur 1 en 2 kan op de volgende wijze worden vervaardigd (figuren 8 t/m 1θ).

20 Uitgegaan wordt van een halfgeleiderlichaam 1 van silicium met een aan een oppervlak 2 grenzend n-type gebied (14,26) dat met een daaraan grenzend p-type gebied 4 een pn-overgang 5 vormt. Dit halfgeleiderlichaam kan bijvoorbeeld als volgt zijn verkregen. Op een p-type silicium-25 substraat 16 met in dit voorbeeld een soortelijke weerstand van 0,001 ohmcentimeter wordt door middel van epitaxiale aangroeiïng een epitaxiale laag 4 met een dikte van 10 micrometer en een soortelijke weerstand van 10 ohmcentimeter aangebracht. Vervolgens wordt door diffusie van bij-30 voorbeeld fosfor de n-type contactzone 14 in het halfgelei-derlichaam aangebracht tot op een diepte van circa 2 micrometer. De oppervlakteconcentratie van de zone 14 bedraagt bijvoorbeeld 10^ atomen/cm^, De n-type oppervlaktezone 26 wordt tot een geringere diepte dan de contactzone 14 35 aangebracht, bijvoorbeeld door middel van een arseenimplan- tatie. Hierbij worden arseenionen geïmplanteerd met een 14 energie van circa 50 kV en een dosis van ongeveer 10 ionen/cm tot op een diepte van bijvoorbeeld 0,2 micrometer.

7905470 PHN 9532 20

Op bekende wijze wordt het oppervlak 2 vervolgens bedekt met een isolerende laag 7> zoals siliciumoxyde, bijvoorbeeld door thermisch oxyderen. Op deze laag 7 met een dikte van bijvoorbeeld 1 micrometer wordt vervolgens een 5 elektrisch geleidende laag 9 aangebracht, bijvoorbeeld een laag van polykristallijn silicium. Deze laag 9 wordt vervolgens bedekt met een maskeringslaag 21 van bijvoorbeeld silieiumnitride.

In deze maskeringslaag wordt door middel van 10 fotolithografische etstechnieken een opening 22 gedefinieerd, waarna via deze opening eerst een opening in de geleidende laag 9 van polykristallijn silicium wordt geëtst, bijvoorbeeld door middel van plasma-etsen, en vervolgens een opening in de isolerende laag 7 wordt geëtst, bijvoor-15 beeld met een oplossing van fluorwaterstofzuur en ammonium-fluoride in water. Hiermee is de configuratie volgens figuur 8 verkregen.

De opening in het polykristallijn silicium 9 wordt vervolgens door middel van onderetsen vergroot tot 20 aan de rand 23; de door de rand 23 begrensde opening wordt daardoor groter dan het door het etsen van de isolerende laag 7 vrijgelegde deel van het oppervlak 2. Het voor het onderetsen gebruikte etsmiddel (bijvoorbeeld een mengsel van fluorwaterstofzuur en salpeterzuur en azijnzuur) tast 25 tegelijkertijd de n-type oppervlaktezone·26 aan. Deze ets-behandeling wordt voortgezet totdat de oppervlaktezone 26 ter plaatse van de opening 22 over zijn gehele dikte is verwijderd. Doordat ook in laterale richting het gebruikte etsmiddel het polykristallijne silicium sneller aantast dan 30 het monokristallijne silicium is de opening in de laag 9 van polykristallijn silicium groter dan de opening 27 in het monokristallijne silicium (figuur 9)· Vervolgens worden bijvoorbeeld boorionen geïmplanteerd met een energie van 20 kV en een dosis van 8.10 ionen/cm waarbij de maske-35 ringslaag 21 in combinatie met de isolerende laag 7 als im-plantatiemasker fungeert. Na de implantatie wordt het boor zonodig verder gediffundeerd hetgeen resulteert in het ---------p-type gebied Zh dat een verhoogde dotering (een oppervlak- 790 5 4 70 PHN 9532 21 17 18 3 tedoteringsconcentratie van 10 ' è. 10 atomen/cnr) bezit ten opzichte van de epitaxiale laag 4. Hiermee is de inrichting volgens figuur 9 verkregen.

Nadat de maskeringslaag 21 is verwijderd, wordt 5 de oxydelaag 7 geëtst in een oplossing van fluorwaterstof-zuur en ammoniumfluoride in water met de laag 9 van poly-kristallijn silicium als etsmasker. Hierna wordt het blootgelegde monokristallijne siliciumoppervlak evenals het polykristallijne silicium voorzien van een oxydehuidje 10 25 met een dikte van circa 0,02 micrometer bijvoorbeeld door thermisch oxyderen. Dit oxydehuidje heeft naast een beschermende functie tijdens een volgende implantatie van donoren ook tot doel de implantatie zodanig te beïnvloeden, dat na de implantatie en een daaropvolgende uitgloeistap 15 de maximale concentratie van de geïmplanteerde donoren ongeveer samenvalt met het oppervlak van het halfgeleider-lichaam. Dit geeft een goede geleiding langs het oppervlak.

De donoren worden bijvoorbeeld aangebracht door een arseenimplantatie tot op een diepte, die kleiner is 20 dan die van het p-type gebied 24, bijvoorbeeld 0,02 micro- 1 3

meter, met een energie van ko kV en een dosis van 3.10 J

2 ionen/cm . Door deze implantatie wordt het n-type gebied 3 gevormd. De oppervlaktezone van het p-type gebied 24 wordt hierdoor omgedoteerd; het resterende deel vormt het in 25 figuur 2 weergegeven p-type gebied 12. Hiermee is de inrichting volgens figuur 10 verkregen.

Na de reeds vermelde uitgloeistap wordt de oxyde-huid 25 verwijderd, bijvoorbeeld door etsen. Op niet in de dwarsdoorsnede aangegeven plaatsen zijn contactgaten 30 in de isolerende laag aangebracht voor het contacteren van de n-type-zone 14, bijvoorbeeld vóór het aanbrengen van de geleidende laag 9· De geleidende laag 9 wordt tijdens het hiervoor genoemde etsen van het polykristallijn silicium in patroon geëtst, waarbij de versnellingselektroden 9a, 35 9b en de aansluitelektrode 13 worden verkregen.

Nadat de inrichting aan zijn onderzijde is voorzien van een metallisatielaag 15 is de inrichting volgens figuur 1 en 2 verkregen* Op de elektroden 9» 13 en 15 7905470 PHN 9532 22 worden tenslotte aansluitgeleiders aangebracht. Op het oppervlak 2 kan een laag 31 van een uittreepotentiaal verlagende stof worden aangebracht, bijvoorbeeld barium of cesium.

5 Figuur 11 toont schematisch in dwarsdoorsnede een andere inrichting volgens de uitvinding met hetzelfde bovenaanzicht als figuur 1. De dwarsdoorsnede is weer langs de lijn II-II. Deze inrichting bevat weer een kathode met een halfgeleiderlichaam 1, bijvoorbeeld van silicium, 10 met een pn-overgang 5 tussen een aan het oppervlak 2 van het halfgeleiderlichaam 1 grenzend n-type gebied 3 en een p-type gebied 4. Door aanleggen van een spanning in de keer-richting over de pn-overgang worden weer elektronen gegenereerd, die uit het halfgeleiderlichaam kunnen treden 15 hetgeen aangegeven is door de pijl 6.

Volgens de uitvinding is het oppervlak 2 voorzien van een elektrisch isolerende laag 7 van bijvoorbeeld siliciumoxyde, waarin ten minste een opening 8 is aangebracht. Binnen de opening 8 loopt de pn-overgang 5 vrij-20 wel parallel aan het oppervlak 2. Verder is op de isolerende laag 7 op de rand van de opening 8 een versnellingselek-trode 9 aangebracht, die in dit voorbeeld van polykristal-lijne silicium is.

Volgens de uitvinding vertoont de pn-overgang 5 25 binnen de opening 8 plaatselijk een lagere doorslagspan-ning dan het overige deel van de pn-overgang. In dit voorbeeld wordt de plaatselijke verlaging van de doorslagspan-ning verkregen, doordat binnen de opening 8 de uitputtings-zone 10 bij de doorslagspanning smaller is dan op andere 30 punten van de pn-overgang 5· Het deel' van de pn-overgang 5 met verlaagde doorslagspanning is van het oppervlak 2 gescheiden door de n-type laag 3· Deze laag heeft een zodanige dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de uitputtingszone 10 van de pn-overgang 5 zich niet tot 35 het oppervlak 2 uitstrekt. Hierdoor blijft een oppervlakte-laag 11 aanwezig, die de geleiding van de lawinestroom verzorgt. De oppervlaktelaag 11 is voldoende dun om een - deel van de door lawinevermenigvuldiging gegenereerde 790 54 70 — PHN 9532 23 elektronen door te laten, welke elektronen uit liet halfgeleider lichaam 1 treden en de bundel 6 vormen.

De insnoering van de uitputtingszone 10 en daarmee de plaatselijke verlaging van de doorslagspanning van 5 de pn-overgang 5 wordt ook hier verkregen door een hoger gedoteerd p-type gebied 12 binnen de opening 8 aan te brengen dat met het n-type gebied 3 een p-n-overgang vormt.

De halfgeleiderinrichting is verder nog voorzien van een aansluitelektrode 13> die via een contadgat 10 verbonden is met de n-type contactzone 14, die met de n-type zone 3 is verbonden. De p-type zone is in dit voorbeeld aan de onderzijde gecontacteerd door middel van de metaHL-satielaag 15· Deze contactering vindt bij voorkeur plaats via een hooggedoteerde p-type contactzone 16.

15 In het voorbeeld van figuur 11 is de donorcon- 1 8 centratie in het n-type gebied 3 bijvoorbeeld 5*10 atomen/cm^, terwijl de acceptor-concentratie in het p-type gebied 4 veel lager is, bijvoorbeeld 10 J atomen/cm .

Het hoger gedoteerde p-type gebied 12 binnen de 20 opening 8 heeft een bij de pn-overgang een acceptor-concen- 17 3 tratie van bijvoorbeeld 2.10 atomen/cm . Hierdoor is ter plaatse van dit gebied 12 de uitputtingszone 10 van de pn-overgang 5 ingesnoerd hetgeen in een verlaagde doorslagspanning resulteert. Hierdoor zal de lawinevermenigvuldiging 25 het eerst op deze plaats optreden.

De dikte van het n-type gebied 3 bedraagt in dit voorbeeld weer 0,02 micrometer. Bij de genoemde donor-concentratie kunnen voldoende donoren worden geïoniseerd om de veldsterkte (ca. 6.10^ V/cm) waarbij lawinevermenig-30 vuldiging op gaat treden te bereiken terwijl toch een opper-vlaktelaag 11 aanwezig blijft, waardoor enerzijds de geleiding naar de pn-overgang 5 kan plaatsvinden, terwijl deze laag anderzijds dun genoeg is om een deel van de gegenereerde elektronen door te laten.

35 De inrichting volgens figuur 11 kan op de volgen de wijze vervaardigd worden (figuren 12 t/m 14).

Uitgegaan wordt van een halfgeleiderlichaam 1 met een aan een oppervlak 2 grenzend n-type gebied 14, dat 790 54 70 PHN 9532 24 met een daaraan grenzend p-type gebied 4 een pn-overgang 5 vormt. Dit halfgeleiderlichaam kan bijvoorbeeld verkregen zijn door op een p-typë siliciumsubstraat 16 met in dit voorbeeld een soortelijke weerstand van 0,001 ohmcentime-5 ter een p-type epitaxiale laag met een dikte van 10 micrometer en een soortelijke weerstand van 10 ohmcentimeter < aan te groeien. Het n-type gebied 1 k is door middel van i diffusie van bijvoorbeeld fosfor tot op een diepte van circa 2 micrometer in het halfgeleiderlichaam gediffundeerd, 10 De doteringsconcentratie van het n-type gebied 14 bedraagt aan het oppervlak bijvoorbeeld 2.10^ atomen/cm^,

Op bekende wijze wordt het oppervlak 2 vervolgens bedekt met een isolerende laag 7 zoals siliciumoxyde, bijvoorbeeld door thermisch oxytfe’en. Op deze laag 7 met een 15 dikte van bijvoorbeeld 1 micrometer wordt vervolgens een elektrisch geleidende laag 9 aangebracht bijvoorbeeld een laag van polykristallijn silicium. Deze laag 9 wordt vervolgens bedekt met een maskeringslaag 21, zoals silicium-nitride.

20 In deze maskeringslaag 21 wordt door middel van fotolithografische etstechnieken een venster 22 gedefinieerd ten behoeve van de hiernavolgende etsstap. Het venster 22 is zodanig gedimensioneerd, dat het in projectie gezien tussen de delen van het n-type gebied 14 ligt. Vervolgens 25 wordt de onderliggende laag 9 van. polykristallijn silicium via het venster 22 geëtst, bijvoorbeeld door middel van plasma-etsen. Hiermee is de configuratie volgens figuur 12 verkregen.

Het etsen van het polykristallijn silicium wordt 30 voortgezet tot de opening groter is dan het daaronder aan het oppervlak 2 grenzende deel van het p-type gebied 4, dat begrensd wordt door de delen van het n-type gebied 145 met andere woorden het etsen wordt voortgezet totdat in projectie gezien de rand 23 van de opening in het polykristal-35 lijn silicium boven het n-type gebied 14 ligt.

Vervolgens wordt via de opening 22 de oxydelaag 7 geëtst, bijvoorbeeld met een oplossing van fluorwaterstof-zuur en ammoniumfluoride in water. Tijdens dit etsen fun- 790 54 70 PHN 9532 25 geert de laag 9 van polykristallijn silicium als masker, zodat uiteindelijk de opening 8 ontstaat (figuur 13)·

Daarna wordt door middel van een boor-implantatie het gebied 24 binnen de opening gedeponeerd, dat een ver- 5 hoogde acceptordotering heeft ten opzichte van het p-type gebied 4. De implantatie-energie wordt hierbij dusdanig "13 2 laag (bijvoorbeeld 10 kV bij een dosis van 10 ionen/cm ) gekozen dat het nitride als masker dienst kan doen. Na de depositie wordt het boor eventueel verder gediffundeerd, 17 10 hetgeen resulteert in een oppervlakteconcentratie van 10 è. 10^ atomen/cm^ (figuur 13)·

Vervolgens wordt een lichte oxydatiestap toegepast zodat zowel het halfgeleideroppervlak als de rand 23 van de opening in de polykristallijne siliciumlaag 9 met 15 een oxydehuidje 25 zijn bedekt. Het oxydehuidje heeft weer een dikte van circa 0,02 micrometer (figuur 14).

Nadat de maskeringslaag 21 is verwijderd volgt een implantatie van donoren, bijvoorbeeld een ondiepe ar-seenimplantatie tot op een diepte van 0,02 micrometer waar-20 bij de laag 9 als masker fungeert. Deze implantatie wordt bijvoorbeeld uitgevoerd met een energie van 40 kV en een 13 2 dosis van 3·10 J ionen/cm . Doordat de implantatie wordt uitgevoerd tot op een kleinere diepte dan die van het p-type gebied 24 wordt dit gedeeltelijk omgedoteerd; het resteren-25 de deel vormt de in figuur 11 weergegeven p-type zone 12. Nadat eventueel weer een laag 31 van elektronen uittree-potentiaal verlagend materiaal is aangebracht is de half-geleiderinrichting volgens figuur 11 verkregen.

De plaatselijke versmalling van de uitputtings-30 zone en daarmee een verlaagde doorslagspanning kan ook op geheel andere wijze worden verkregen. Figuur 15 toont bijvoorbeeld een dwarsdoorsnede van een halfgeleiderinrich-ting, waarbij het emitterend deel van de pn-overgang wordt gevormd tussen een hooggedoteerd n-type gebied 3 en een p-35 type gebied 4, dat ter plaatse van de pn-overgang een p-type gebied 4a, bevat, dat is omgeven door een p-type gebied 4b met een lagere acceptor-concentratie. De overgang tussen het p-type gebied 4a en het n-type gebied 3 heeft 790 5 4 70 PHN 9532 26 daardoor een lagere doorslagspanning en ligt geheel binnen een opening 8 in een isolerende laag 7 op welke isolerende laag volgens de uitvinding weer een versnellings-elektrode 9 is aangebracht. Ter plaatse van de opening 8 5 loopt de pn-overgang 5 praktisch evenwijdig aan het oppervlak 2, terwijl het n-type gebied 3 een Zodanige dikte en doteringsconcentratie bezit dat bij dooi slag een geleidende ( oppervlaktelaag 11 aanwezig is. Binnen de opening is het oppervlak 2 zonodig weer voorzien van een laag 31 van een 10 elektronenuittreepotentiaal verlagend materiaal. Het n-type gebied 3 is via de n-type zone 1b weer verbonden met een aansluitelektrode terwijl het p-type gebied b weer via een metallisatie 15 aan de onderzijde kan worden gecontacteerd.

15 Figuur 16 toont in dwarsdoorsnede een inrichting waarbij de pn-overgang 5 verloopt tussen een p-type gebied b en een n-type gebied 3> 28 waarbij het n-type gebied 3 weer een hooggedoteerde oppervlaktezone is, terwijl het gebied 28 een veel lagere doteringsconcentratie bezit. De 20 pn-overgang 5 loopt hierbij alleen evenwijdig aan het oppervlak 2 in het gebied waar deze pn-overgang gevormd wordt tussen het p-type gebied 5 en de hooggedoteerde n-type oppervlaktezone 3· De n-type oppervlaktezone is weer van* een zodanige dikte en doteringsconcentratie dat geleiding 25 langs het oppervlak mogelijk blijft in de laag 11 * Doordat de donorconcentratie van het n-type gebied 3 veel hoger is dan die van het n-type gebied 28 treedt bij de overgang tussen de gebieden 3 en b een versmalling op van de uit-puttingszone en daardoor een verlaging van de doorslag-30 spanning. Dit gebied ligt weer binnen de opening 8 in de isolerende laag 7» die op zijn beurt weer is bedekt met een versnellingselektrode 9·

Figuur 17 toont in dwarsdoorsnede de halfgeleider-inrichting volgens figuur 16 tijdens een stadium van de ver-35 vaardiging daarvan. De inrichting wordt bijvoorbeeld vervaardigd door uit te gaan van een p-type halfgeleiderlichaam 1 met een acceptorconcentratie van 10 ' h 10 atomen/cm . Ter plaatse van de aan te brengen opening wordt het opper— 790 54 70 PHN 9532 27 vlak 2 langs fotolithografische weg voorzien van een masker 29» bijvoorbeeld van siliciumoxyde. Vervolgens wordt een diffusiestap uitgevoerd met donoren, bijvoorbeeld fos-foratomen met een zodanige concentratie dat in het gebied 5 4b de absolute concentratie van donoratomen iets lager is dan die van de acceptoratomen, zodat hier een laaggedo-teerd p-type gebied 4b ontstaat naast het -hogergedoteerde gebied 4a. Daarna wordt opnieuw een diffusiestap met bijvoorbeeld fosforatomen uitgevoerd tot op een kleinere diep- 10 te dan de vorige. Hierdoor ontstaat het n-type gebied 14 1 9 met een oppervlakteconcentratie van bijvoorbeeld 10 atomen/cm^. Hiermee is de configuratie volgens figuur 17 verkregen.

Na verwijdering van het oxydemasker 29 worden 15 op het oppervlak 2 respectievelijk weer een isolerende laag 7 en een geleidende laag 9 aangebracht, waarin door etsen een opening 8 wordt gevormd. Vervolgens wordt met de geleidende laag 9 of de isolerende laag 7 als masker door middel van ionenimplantatie een dunne n-type laag 3 aan-20 gebracht. De implantatie vindt eventueel plaats door een dunne oxydelaag heen.

Nadat het oppervlak 2 binnen de opening 8 eventueel weer van een laag 31 van elektronenuittreepotentiaal verlagend materiaal is voorzien en de inrichting voorziai 25 is van aansluitelektroden en een metallisatie 15 is de inrichting volgens figuur 15 verkregen.

Wanneer de eerste fosfordiffusiestap zodanig wordt uitgevoerd, dat de absolute concentratie van fosforatomen na de diffusie iets hoger is dan de acceptorconcen-30 tratie ontstaat de inrichting volgens figuur 16 met een hoogohmige n-type zone 26 in plaats van de hoogohmige p-type zone 4b.

Figuur 18.toont in dwarsdoorsnede een halfgelei-derinrichting volgens de uitvinding waarbij de doorslag-35 spanning van de pn-overgang 5 plaatselijk is verlaagd door in het oppervlak 2 een V-vormige verdieping aan te brengen. Door deze vorm treedt ten gevolge van concentratie van elektrische veldlijnen de doorslag eerder op in de punt 30 7905470 PHN 9532 28 van de Y dan elders in het half geleider lichaam.

In de opnamebuis volgens figuur 5 kan de geleidende laag 34 vervangen worden door een fluorescerend scherm zodat deze buis voor weergeefdoeleinden kan worden gebruikt. 5 Bij dergelijke toepassingen kan met voordeel een ronde, rechthoekige of ellipsvormige of vierkante opening in de isolerende Haag van de halfgeleiderinrichting worden toegepast. Het ronde, rechthoekige, ellipsvormige of vierkante emissiepatroon wordt dan, bijvoorbeeld in een buis 10 van het vidicontype op algemeen bekende wijze afgebeeld op een fluorescentiescherm.

Figuur 19 toont in bovenaanzicht en de figuren 20 en 21 in dwarsdoorsnede langs de lijnen XX-XX en XXI-XXI een halfgeleiderinrichting voor een dergelijke toepassing.

15 Figuur 19 toont schematisch een bovenaanzicht van een siliciumplak 42, waarin 3 kathoden zijn gerealiseerd die in figuur 19 zijn aangegeven met de letters A, B, C.

De lawinevermenigvuldiging treedt op in drie verschillende pn<-overgangen 5a, 5b, 5c tussen hooggedoteer-20 de n-type gebieden 3a, 3b, 3c en een gemeenschappelijk p-type gebied 4, dat omwille van een verlaagde doorslag-spanning ter plaatse van de kathoden A, B en C voorzien is van hoger gedoteerde p-type gebieden 12a, 12b, 12o die aan de respectievelijke pn-overgangen grenzen. Het oppervlak 2 25 is bedekt met een isolerende laag 7» waarop rondom de rechthoekige openingen 8a, 8b, 8c versiiellingselektroden 9a en 9b zijn aangebracht. Het gemeenschappelijk p-type gebied is via een laagohmige p-type contactzone 16 aan zijn onderzijde gecontacteerd door middel van de metallisa-30 tielaag 15· De n-type contactzones zijn via contactgaten verbonden met de aansluitelektroden 13a» 13b» 13c. De ver-snellingselektroden 9a en 9b zijn kamvormig, waarbij de tanden van de kam interdigitaal liggen waarbij afwisselend tussen twee tanden een opening 8 met een rechthoekige vorm 35 ligt. In de openingen 8a, 8b, 8c is het oppervlak 2 eventueel weer bedekt met een laag 31 van elektronenuittree-potentiaalverlagend materiaal.

Een dergelijke inrichting is zeer geschikt voor 790 5 4 70 PHN 9532 29 toepassing in een kleurenweergeefinrichting, waarbij aan de aansluitingen 13a» 13¾ en 13c respectievelijk signalen overeenkomstig de rode, groene en blauwe informatie worden toegevoerd. Door de elektroden 9a en 9¾ een verschillende 5 potentiaal te geven, worden de drie signalen op drie nabijgelegen plekken op het fluorescentiescherm afgebeeld.

Ook kunnen een aantal van de kathoden volgens de uitvinding met bijvoorbeeld een ronde opening, omringd door een versnellingselektrode worden geïntegreerd in een XY-10 matrix waarbij bijvoorbeeld de n-type gebieden door de X-lijnen en de p-type gebieden door de Y-lijnen worden aangestuurd. Met behulp van besturingselektronica, bijvoorbeeld schuifregisters waarvan de inhoud bepaalt welke van de X-lijnen respectievelijk de Y-lijnen worden aangestuurd 15 kan men nu een bepaald patroon van kathoden doen emitteren, terwijl bijvoorbeeld via andere registers in combinatie met digitaal-analoog omzettere de potentiaal van de ver-snellingselektroden kan worden ingesteld. Hiermee kunnen vlakke weergeefinrichtingen worden gerealiseerd waarbij in 20 een geëvacueerde ruimte zich op enkele millimeters van de halfgeleiderinrichting een fluorescerend scherm bevindt, dat geactiveerd wordt door de van de halfgeleiderinrichting afkomstige elektronenstroom.

Figuur 22 toont schematisch in perspectief in 25 aanzicht een dergelijke vlakke weergeefinrichting die naast de halfgeleiderinrichting 42 een fluorescerend scherm 43 bevat, dat geactiveerd wordt door de van de halfgeleiderinrichting afkomstige elektronenstroom. De afstand tussen de halfgeleiderinrichting en het fluorescerend scherm bedraagt 30 bijvoorbeeld 5 millimeter, terwijl de ruimte waarin zij zich bevinden is geëvacueerd. Tussen de halfgeleiderinrichting 42 en het scherm 43 wordt een spanning aangelegd in de orde van 5^10 kV via de spanningsbron 44, hetgeen een dusdanig hoge veldsterkte teweegbrengt tussen het scherm 35 en de inrichting dat het beeld van een kathode van dezelfde grootte-orde is als deze kathode.

Figuur 23 toont schematisch een dergelijke weergeefinrichting, waarbij in een geëvacueerde ruimte 45 de 790 54 70 PHN 9532 30 halfgeleiderinrichting 42 is aangebracht op ongeveer 5 millimeter van het fluorescerend scherm 43 dat deel uitmaakt van de eindwand 46 van deze ruimte. De inrichting 42 is gemonteerd op een houder 39» waarop desgewenst andere 5 geïntegreerde circuits 47 ten behoeve van de besturings-<’ elektronica zijn aangebracht; de ruimte 45 is voorzien van doorvoeren 40 voor externe aansluitingen.

Figuur 24 toont schematisch een soortgelijke, vacuümruimte 45· Hierin bevindt zich een schematisch aan-10 gegeven stelsel 50 van elektronenlenzen. In de eindwand 46 is bijvoorbeeld een siliciumplak 48 aangebracht bedekt met een fotoresistlaag 49· Het in de inrichting 42 opgewekte patroon wordt via het lenzenstelsel 50, zonodig verkleind, afgebeeld op de fotoresistlaag 49» 15 Met een dergelijke inrichting kunnen dus patronen afgebeeld worden op een fotoresistlaag. Dit biedt grote voordelen omdat hierdoor de gebruikelijke fotomaskers kunnen vervallen en de gewenste patronen via de. bèsturingselektro-nica op eenvoudige wijze kunnen worden gegenereerd en zo-20 nodig gecorrigeerd.

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet beperkt is tot de bovengenoemde voorbeelden. Zo zal, met name wanneer de kathode is opgenomen in een geïntegreerde schakeling het p-type gebied 4 niet via de een metallisatielaag 25 aan de onderzijde van het halfgeleiderlichaam met een aan-sluitgeleider worden verbonden maar via een gediffundeerde p-type zone. Ook hoeft het p-type gebied niet noodzakelijk een (epitaxiale) laag te zijn met uniforme dotering maar kan dit ook een gediffundeerde zone zijn.

30 Zoals reeds opgemerkt zijn met name in weergeef- toepassingen voor de vorm van de opening diverse vormen mogelijk, bijvoorbeeld rond of vierkant. Door hierbij de versnellingselektrode op te delen in bijvoorbeeld 4 deel-elektroden waarop verschillende spanningen kunnen worden 35 aangesloten kan de uittredende elektronenbundel in verschillende richtingen worden afgebogen.

In een configuratie als die van figuur 19 kan men met behulp van een ander metallisatiepatroon,-. indien 7905470 ' PHN 9532 31 dit voor de toepassing gewenst is de uittredende bundels niet evenwijdig aan elkaar afbuigen, maar in één punt laten samenkomen en met andere middelen afbuigen.

Ook in de werkwijzen zijn diverse variaties moge-5 lijk. In plaats van ionenimplantatie, zoals in de hier beschreven voorbeelden kunnen de gebieden 22 en 3 ook worden aangebracht door een depositie loodrecht op het oppervlak en vervolgens indiffunderen. In dat geval wordt het oxydehuidje 25 voor de depositie verwijderd of in het geheel 10 niet aangebracht.

15 20 25 30 35 79054 70

Claims

1. Halfgeleiderinriehting voor het opwekken van een elektronenbundel met een kathode bevattende een halfgelei-derlichaam met een pn-overgang tussen een aan een oppervlak van het halfgeleiderlichaam grenzend n-type gebied en een 5 p-type gebied, waarbij door het aanleggen van een spanning in de keerrichting over de pn-overgang in het halfgeleider-lichaam door lawinevermenigvuldiging elektronen worden gegenereerd die uit het halfgeleiderlichaam treden, met het kenmerk, dat het oppervlak voorzien is van een elektrisch 10 isolerende laag waarin ten minste een opening is aangebracht, waarbij op de isolerende laag op de rand van de opening ten minste een versnellingselektrode is aangebracht en waarbij de pn-overgang althans binnen de opening in hoofdzaak evenwijdig aan het halfgeleideroppervlak loopt 15 en binnen de opening plaatselijk een lagere doorslagspanning dan het overige deel van de pn-overgang vertoont waarbij het deel met lagere doorslagspanning van het oppervlak is gescheiden door een n-type geleidende laag met een zodanige dikte en dotering dat bij de doorslagspanning de uitput-20 tingszone van de pn-overgang zich niet tot aan het oppervlak uitstrekt doch daarvan gescheiden blijft door een oppervlak-telaag die voldoende dun is om de gegenereerde elektronen door te laten.

2. Halfgeleiderinriehting volgens conclusie 1, met 25 het kenmerk, dat de doorslagspanning plaatseHjk verlaagd wordt door een plaatselijk hoger gedoteerde zone van het p-type gebied, welke zone althans in de bedrijfstoestand tot in de uitputtingszone reikt.

3· Halfgeleiderinriehting volgens conclusie 2, met 30 het kenmerk, dat de hoger gedoteerde p-type zone aan de pn-overgang grenst*

4. Halfgeleiderinriehting volgens conclusie 2 of 3» met het kenmerk, dat de breedte van de hoger gedoteerde p-type zone ten hoogste 5 micrometer bedraagt.

5. Halfgeleiderinriehting volgens conclusie 1 tot en met 4, met het kenmerk, dat de dikte van de n-type geleidende laag ten minste 0,01 micrometer en ten hoogste . 0,.2 micrometer bedraagt. 790 5 4 70 ' PHN 9532 33

6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 tot en met 5» met het kenmerk, dat de opening de vorm heeft van een smalle spleet met een breedte die van dezelfde grootte-orde is als de dikte van de isolerende laag. 5

7· Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de versnellingselektrode is opgebouwd uit twee of meer deelelektroden.

8. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 7> met het kenmerk, dat de opening een praktisch ringvormige 10 spleet vormt, waarbij een deelelektrode binnen de ringvormige spleet en een deelelektrode buiten de ringvormige spleet ligt.

9. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de hartlijn van de ringvormige spleet een 15 cirkel vormt.

10. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat het oppervlak van het halfgeleiderlichaam, althans ter plaatse van de opening bedekt is met een elektronenuittreepotentiaal-verlagend 20 materiaal.

11. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het uittreepotentiaalverlagend materiaal een van de materialen uit de groep van cesium en barium is.

12. Halfgeleiderinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 11, met het kenmerk, dat het halfgeleider-lichaam uit silicium bestaat.

13· Halfgeleiderlichaam volgens één der vorige con clusies met het kenmerk, dat de versnellingselektrode 30 polykristallijn silicium bevat.

14. ¥erkwijze ter vervaardiging van een halfgeleider inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat uitgegaan wordt van een halfgeleiderlichaam met een aan een oppervlak grenzend n-type gebied dat 35 met een daaraan grenzend p-type gebied een pn-overgang vormt, dat het oppervlak bedekt wordt met een isolerende laag, dat de isolerende laag bedekt wordt met een elektrisch geleidende laag die vervolgens bedekt wordt met een maske- 790 5 4 70 PHN 9532 ringslaag, dat in de maskeringslaag een opening wordt aangebracht, waarna via deze opening achtereenvolgens de geleidende laag en de isolerende laag door etsen worden verwijderd waarbij althans de in de geleidende laag geëtste 5 opening groter is dan een daaronder liggend oppervlakte-deel waarbinnen het p-type gebied aan het oppervlak grenst, dat daarna onder toepassing van de maskeringslaag of de maskeringslaag samen met de isolerende laag als masker acceptoratomen in het genoemde oppervlaktedeel worden ge-10 introduceerd ter vorming van een binnen het genoemde oppervlaktedeel gelegen p-type zone met hogere doteringsconcen-tratie dan het p-type gebied, waarna de maskeringslaag wordt verwijderd en onder toepassing van de geleidende laag als masker donoratomen in het oppervlaktedeel worden geïntro-15 duceerd tot op een diepte die kleiner is dan die van de p-type zone, waarna de als versnellingselektrode dienende geleidende laag, het n-type gebied en het p-type gebied van aansluitgeleiders worden voorzien,.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, 20 dat de donor- en acceptoratomen worden geïntroduceerd door middel van ionenimplantatie.

16, Werkwijze volgens conclusie 15» met het kenmerk, dat alvorens de donorionen te implanteren het genoemde oppervlaktedeel van een oxydelaag wordt voorzien, 25

17· Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk dat de donorionen met een zodanige energie via de oxydelaag worden geïmplanteerd, dat de maximale donorconcentratie vrijwel samenvalt met het oppervlak van het halfgeleider-lichaam.

18. Werkwijze volgens één der conclusie 15 tot en met 17» met het kenmerk, dat het n-type gebied zich aanvankelijk ook ter plaatse van de geëtste opening uitstrekt en dat na het etsen van de isolerende laag onder toepassing van de geleidende laag als etsmasker het n-type gebied 35 ter plaatse van het genoemde oppervlaktedeel over zijn gehele diepte wordt weggeëtst, waarna de p-type zone wordt geïmplanteerd onder toepassing van de isolerende laag als masker, · 7905470 PHN 9532 35

19· Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat na het vormen van de p-type zone en vóór het implanteren van de donorionen de opening in de isolerende laag wordt vergroot totdat zij groter is dan die in de geleidende laag 5 en zich onder de rand van de geleidende laag uitstrekt,

20. Werkwijze volgens één der conclusies 14 tot en met 19> met het kenmerk, dat het n-type gebied, het p-type gebied en de geleidende laag uit silicium bestaan,

21. Werkwijze volgens één der conclusies 14 tot en 10 met 20, met het kenmerk, dat de elektrisch isolerende laag uit siliciumoxyde en de maskeringslaag uit siliciumnitride bestaan.

22. Opneembuis voorzien van middelen om een elektronenbundel te sturen, welke elektronenbundel een ladings— 15 beeld aftast, met het kenmerk, dat de elektronenbundel wordt opgewekt met een halfgeleiderinriehting volgens één der conclusies 1 tot en met 13·

23· Weergeefinrichting voorzien van middelen om een elektronenbundel te sturen, welke elektronenbundel een af-20 beelding teweeg brengt, met het kenmerk, dat de elektronenbundel wordt opgewekt met behulp van een halfgeleiderinrichting volgens één der conclusies 1 tot en met 13*

24. Weergeefinrichting volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat deze weergeefinrichting een fluorescerend 25 scherm bevat, dat zich in vacuüm op enkele millimeters van de halfgeleiderinriehting bevindt en het scherm geactiveerd wordt door de van de halfgeleiderinriehting afkomstige elektronenbunde1. 30 790 5 4 70