RU2083018C1

RU2083018C1 - Electronic emitter and its formation process options

Info

Publication number: RU2083018C1
Authority: RU
Inventors: К.Кейн Роберт; И.Джаски Джеймс
Original assignee: Моторола, Инк.
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: electronic devices with autoelectronic emission. SUBSTANCE: electron emitter has diamond coating applied to surface of selectively shaped conducting semiconducting material. Its manufacturing process includes stage during which carbon ions are implanted in conducting semiconducting material surface so as to make them function as nucleation areas for diamond growing. As an alternative, conducting layer may be applied to diamond coating and conducting semiconducting removed to form diamond-coated electron emitter. EFFECT: facilitated manufacture of electron emitter. 17 cl, 29 dwg

Description

Изобретение относится в основном к автоэлектронным эмиттерам, в частности к автоэлектронным эмиттерам и способам создания автоэлектронных эмиттеров, использующих низковольтные/отрицательные электронные сродственные покрытия. The invention relates mainly to field-emitter emitters, in particular field-emitters and methods for creating field-emitters using low-voltage / negative electron related coatings.

Известны устройства автоэлектронной эмиссии, использующие специально профилированные проводники/полупроводниковые электроды в качестве электронных эмиттеров. Известные электронные эмиттеры обладают недостатками, такими как высокое рабочее напряжение, поверхностная неустойчивость, чувствительность к повреждению ионной бомбардировкой. Field emission devices are known using specially profiled conductors / semiconductor electrodes as electronic emitters. Known electronic emitters have disadvantages, such as high operating voltage, surface instability, sensitivity to damage by ion bombardment.

Поэтому существует потребность в электронных устройствах, использующих электронный эмиттер/электронный источник, который устраняет по крайней мере некоторые недостатки известных электронных эмиттеров. Therefore, there is a need for electronic devices using an electronic emitter / electronic source that eliminates at least some of the disadvantages of known electronic emitters.

Изобретение обеспечивает создание электронного эмиттера, отличающегося специально профилированным проводниковым/полупроводинковым электродом, имеющим основную поверхность, некоторое множество заселенных ионами зародышеобразовательных участков, размещенных на основной поверхности проводникового/полупроводникового электрода и по крайней мере алмазный кристаллит, размещенный на основной поверхности проводникового/полупроводникового электрода и на зародышеобразовательном участке из некоторого множества зародышеобразовательных участков. The invention provides the creation of an electronic emitter characterized by a specially profiled conductor / semiconductor electrode having a main surface, a plurality of ion-forming nucleation sites located on the main surface of the conductor / semiconductor electrode and at least diamond crystallite located on the main surface of the conductor / semiconductor electrode and on nucleating portion of a plurality of nucleating x plots.

Кроме того, изобретение обеспечивает наличие способа изготовления электродного эмиттера, который характеризуется созданием специально профилированной подложки, имеющей основную поверхность, внедрением ионов в виде зародышеобразовательных участков на по крайней мере некоторой части основной поверхности специально профилированной подложки, выращиванием алмазных кристаллов предпочтительно по крайней мере на некоторых зародышеобразовательных участках, осаждением слоя проводящего/полупроводящего материала по крайней мере на некоторой части основной поверхности подложки и алмазных кристаллитах, и удалением по крайней мере некоторой части специально профилированной подложки с целью изготовления электронного эмиттера, имеющего алмазное покрытие, размещенное по крайней мере на некоторой части проводникового/полупроводникового слоя,
Дополнительно изобретение обеспечивает наличие способа изготовления автоэлектронного эмиттера, который характеризуется изготовлением специально профилированного проводникового/полупроводникового электрода, имеющего основную поверхность, внедрением ионов в виде зародышеобразовательных участков по крайней мере на некоторой части основной поверхности проводникового/полупроводникового электрода и выращиванием алмазных кристаллитов предпочтительно по крайней мере на некоторых зародышеобразовательных участках с целью изготовления электронного эмиттера, содержащего алмазное покрытие, размещенное по крайней мере на некоторой части основной поверхности специально профилированного проводникового/полупроводникового электрода.In addition, the invention provides a method for manufacturing an electrode emitter, which is characterized by creating a specially profiled substrate having a main surface, introducing ions in the form of nucleation sites on at least some part of the main surface of the specially profiled substrate, growing diamond crystals, preferably at least on some nucleating areas by deposition of a layer of conductive / semi-conductive material at least on some swarm of the main surface of the substrate and the diamond crystallites, and removing at least a portion of a specially shaped substrate in order to manufacture the electron emitter having a diamond coating arranged on at least some portion of conductive / semiconductor layer,
Additionally, the invention provides a method for manufacturing an electron-emitter emitter, which is characterized by the manufacture of a specially profiled conductor / semiconductor electrode having a main surface, the introduction of ions in the form of nucleation sites at least on some part of the main surface of the conductor / semiconductor electrode and growing diamond crystallites, preferably at least some nucleation sites in order to manufacture Ia electron emitter comprising diamond coating arranged at least on some portion of the principal surface of the specially shaped conductor / semiconductor electrode.

На фиг. 1 представлено внедряющее ионы устройство; на фиг. 2 поперечное сечение ионного внедрения; на фиг. 3 устройство, обеспечивающее рост алмаза; на фиг. 4-7 боковые вертикальные разрезы структур, которые получаются в результате исполнения шагов способа по изобретению; на фиг. 8-12 боковые вертикальные разрезы структур, которые получаются в результате выполнения шагов другого способа по изобретению; на фиг. 13-17 боковые вертикальные разрезы структур, получаемых в результате выполнения шагов следующего способа по изобретению; на фиг. 18-20 боковые вертикальные разрезы структур, которые получаются в результате выполнения шагов следующего способа по изобретению; на фиг. 21-24 боковые вертикальные разрезы структур, которые получаются с результате выполнения шагов следующего способа по изобретению; на фиг. 25-29 боковые вертикальные разрезы структур, которые получаются в результате выполнения шагов следующего способа по изобретению. In FIG. 1 shows an ion embedding device; in FIG. 2 cross section of ion implantation; in FIG. 3 device for the growth of diamond; in FIG. 4-7 lateral vertical sections of structures that are obtained by performing the steps of the method according to the invention; in FIG. 8-12 lateral vertical sections of structures that result from the steps of another method according to the invention; in FIG. 13-17 lateral vertical sections of structures obtained by performing the steps of the following method according to the invention; in FIG. 18-20 side vertical sections of structures that are obtained by performing the steps of the following method according to the invention; in FIG. 21-24 lateral vertical sections of structures that are obtained by performing the steps of the following method according to the invention; in FIG. 25-29 lateral vertical sections of structures that are obtained by performing the steps of the following method according to the invention.

На фиг. 1 изображен один из вариантов осуществления внедряющего ионы устройства. Предусмотрено наличие вакуумной камеры 101, вмещающей по крайней мере ионный источник 106 и удерживающее подложку (цель) приспособление 103. Имеется апертура источника ионного материала 105, как она изображена, для обеспечения материалом ионного источника 106. Имеется выпускное отверстие 102, к которому оперативно присоединяют откачивающее устройство (не показано) для создания разрежения в камере 101. Во время работы внедряющего ионы устройства ионный пучок 107 направляется на цель, которой в настоящем примере является полупроводниковая подложка 104, под действием электрического поля, которое наводится источником напряжения 108 таким, что по крайней мере некоторые ионы, образующие ионный пучок 107, внедряются в подложку 104. In FIG. 1 illustrates one embodiment of an ion introducing device. A vacuum chamber 101 is provided, accommodating at least an ion source 106 and holding the substrate (target) device 103. There is an aperture of the ion source material 105, as shown, to provide the ion source material 106. There is an outlet 102 to which a pumping outlet is operatively connected a device (not shown) for creating a vacuum in the chamber 101. During operation of the ion-introducing device, the ion beam 107 is directed toward the target, which in this example is a semiconductor substrate 10 4, under the influence of an electric field, which is induced by a voltage source 108 such that at least some of the ions forming the ion beam 107 are embedded in the substrate 104.

На фиг. 2 изображен боковой вертикальный вид подложки 104, в которую внедрились ионы 201. Ионы избирательно внедрены на заданную глубину в подложку 104 в соответствии с напряженностью ассоциированного электрического поля (не показано). В соответствии с этим напряженность электрического поля подбирают так, чтобы внедренные ионы расположились существенно на поверхности подложки 104. In FIG. 2 is a side elevational view of a substrate 104 into which ions 201 are embedded. Ions are selectively embedded to a predetermined depth into the substrate 104 in accordance with the associated electric field strength (not shown). In accordance with this, the electric field strength is selected so that the embedded ions are located substantially on the surface of the substrate 104.

На фиг. 3 дано схематическое изображение обеспечивающего выращивание алмаза устройства. Предусмотрено наличие вакуумной камеры 301, которая вмещает держатель подложки (цели) 305 и нагревательный элемент 304. Источниковая труба 303, которая является частью питающего газопровода, является источником активных газовых составляющих, обеспечивающих среду для выращивания алмаза. Камера 301 разрежается откачивающим насосом (не показано), который подсоединяется к выпускному отверстию 302. Во время работы цель, которой в настоящем примере является подложка 306, размещается на целевом держателе 305, рядом с которым размещен нагревательный элемент 304. Источник питания 307 создает электрический ток через нагревательный элемент 304 для нагревания подложки 306, и в присутствии подходящих газовых составляющих на поверхности подложки 306 происходит реакция, в ходе которой выращивается алмаз. In FIG. 3 is a schematic representation of a diamond growing apparatus. The presence of a vacuum chamber 301, which accommodates the holder of the substrate (target) 305 and the heating element 304. The source pipe 303, which is part of the supply gas pipeline, is a source of active gas components, providing an environment for growing diamond. The chamber 301 is opened by a suction pump (not shown) that connects to the outlet 302. During operation, the target, which in this example is the substrate 306, is placed on the target holder 305, next to which the heating element 304 is placed. The power source 307 generates an electric current through a heating element 304 to heat the substrate 306, and in the presence of suitable gas constituents, a reaction occurs on the surface of the substrate 306 during which diamond is grown.

Рост алмаза по крайней мере частично зависит от способности зародышеобразования на поверхности материала. При многих способах формирования алмаза зародышеобразование происходит случайным образом и недостаточно хорошо распределяется по поверхности, приводя к нежелательному и неполному росту пленки. Углеродные ионы, внедренные в поверхность подложки 306, обеспечивают появление существенно равномерно распределенного множества зародышеобразующих участков, на которых инициируется рост алмаза. Diamond growth is at least partially dependent on the ability of nucleation on the surface of the material. In many methods of diamond formation, nucleation occurs randomly and is not well distributed over the surface, leading to undesirable and incomplete film growth. Carbon ions embedded in the surface of the substrate 306 provide the appearance of a substantially uniformly distributed set of nucleating sites in which diamond growth is initiated.

На фиг. 4 изображен в увеличенном масштабе боковой вертикальный разрез структуры 400, полученной в результате выполнения разнообразных шагов способа, соответствующего изобретению. Структура 400 имеет специально профилированный опорный слой или слой, который ниже называется подложкой 401, имеющий основную поверхность по которой подложка 401 специально профилирована любым из известных способов, включающих, но не ограниченных, анизотропное травление и ионное фрезерование, для получения специально профилированной области, которой в настоящем варианте осуществления является желообразное углубление 402. Пучок углеродных ионов, обозначенный стрелками 405, обеспечивает появление углеродных зародышеобразующих участков 404, внедренных в поверхность 401. In FIG. 4 shows, on an enlarged scale, a side vertical section through a structure 400 obtained by performing the various steps of the method of the invention. The structure 400 has a specially profiled support layer or layer, which is referred to below as the substrate 401, having a main surface on which the substrate 401 is specially profiled by any of the known methods, including, but not limited to, anisotropic etching and ion milling, to obtain a specially profiled region, which in the present embodiment is a trough-like recess 402. The carbon ion beam, indicated by arrows 405, provides the appearance of carbon nucleating sites 404, in edrene into the surface 401.

На фиг. 5 изображен боковой вертикальный разрез структуры 400, которая подверглась воздействию дополнительных шагов способа, соответствующего изобретению, при котором источник реагентного материала (обозначенный стрелками на фиг. 5), размещенный в промежуточной области между подложкой 401 и близко расположенным нагревательным элементом (позиции 304 на фиг. 3), усиливает рост алмазного кристаллитного покрытия 406 предпочтительно на зародышеобразующих участках с внедренным углеродом. In FIG. 5 is a side vertical sectional view of a structure 400 that has been exposed to additional steps of the method of the invention, wherein a source of reagent material (indicated by arrows in FIG. 5) is placed in the intermediate region between the substrate 401 and a closely spaced heating element (position 304 in FIG. 3), enhances the growth of diamond crystalline coating 406, preferably in nucleating regions with embedded carbon.

На фиг. 6 изображен боковой вертикальный разрез структуры 400, которая подверглась воздействию дополнительного шага способа, соответствующего изобретению, на котором слой проводникового/полупроводникового материала 407 осажден на любую экспонированную часть основной поверхности подложки 401 и на алмазное кристаллитовое покрытие 406. Проводинковый/полупроводинковый материал 407 осаждается так, чтобы заполнить углубление 402 выступом 408. In FIG. 6 is a side elevational view of a structure 400 that has been subjected to an additional step of the method of the invention, on which a layer of conductive / semiconductor material 407 is deposited on any exposed portion of the main surface of the substrate 401 and on a diamond crystalline coating 406. The conductive / semiconductor material 407 is deposited so to fill the recess 402 with the protrusion 408.

На фиг. 7 изображен боковой вертикальный разрез структуры 400, подвергавшейся дополнительному шагу обработки в соответствии со способом, соответствующим изобретению, на котором по крайней мере часть подложки 401 удалена. Удаление подложки 401 фактически обнажает слой проводникового/полупроводникового материала 407 и, в частности, обнажает выступ 408, на котором отложено алмазное кристаллитовое покрытие 406. Материал или материалы, из которых изготовлены подложка 401, и проводниковый/полупроводниковых материал 407 выбирают так, чтобы можно было сравнительно легко удалять некоторым способом, подобным травлению, растворению и т. п. без существенного воздействия кристаллитового покрытия 406 или проводникового/полупроводникового материала 407. In FIG. 7 is a side vertical sectional view of a structure 400 subjected to an additional processing step in accordance with the method of the invention in which at least a portion of the substrate 401 is removed. Removing the substrate 401 actually exposes the layer of conductor / semiconductor material 407 and, in particular, exposes the protrusion 408 on which the diamond crystalline coating 406 is deposited. The material or materials of which the substrate 401 is made and the conductor / semiconductor material 407 are selected so that it is possible it is relatively easy to remove in some manner similar to etching, dissolving, etc., without significant exposure to the crystalline coating 406 or the conductive / semiconductor material 407.

Окончательная структура, которая содержит алмазное покрытие, включает в себя автоэлектронный эмиттер, обладающий несколькими желательными рабочими характеристиками, среди которых можно назвать пониженное рабочее напряжение, улучшенная поверхностная устойчивость и пониженная чувствительность к поврежению ионной бомбардировкой. Введение внедренных углеродных участков зародышеобразования представляет механизм улучшенного покрытия алмазным кристаллитом и предотвращает формирование неоднородного покрытия, которое может быть обусловлено нежелательным сильным ростом кристаллита. The final structure, which contains the diamond coating, includes a field emitter with several desirable performance characteristics, among which are reduced operating voltage, improved surface stability, and reduced sensitivity to damage by ion bombardment. The introduction of embedded carbon nucleation sites represents a mechanism for improved diamond crystallite coating and prevents the formation of a heterogeneous coating, which may be due to undesirable strong crystallite growth.

На фиг. 8 изображен в увеличенном масштабе боковой вертикальный разрез структуры 500, которая получена выполнением шагов другого способа, соответствующего настоящему изобретению. Несущий слой или подложка 501 имеет основную поверхность. Слой формовочного материала 509, подобного фоторезистному или изоляционному материалу, нанесен на подложку 501. Затем слой формовочного материала 509 избирательно экспонируется и проявляется, чтобы образовалось по крайней мере одно отверстие 503, через которое выполняется анизотропное избирательное профилирование подложки 501 для создания преднамеренно профилированной области, которая в настоящем варианте осуществления имеет форму желобообразного углубления 502. Пучок углеродных ионов (изображен стрелками 505 на фиг. 8) обеспечивает внедрение зародышеобразующих участков 504 в углубление 502 подложки 501. In FIG. 8 is an enlarged view of a side vertical section of a structure 500 that is obtained by following the steps of another method in accordance with the present invention. The carrier layer or substrate 501 has a major surface. A layer of molding material 509, similar to a photoresist or insulating material, is applied to the substrate 501. Then, a layer of molding material 509 is selectively exposed and developed to form at least one hole 503 through which anisotropic selective profiling of the substrate 501 is performed to create an intentionally profiled region that in the present embodiment, it has the shape of a trough-shaped recess 502. The carbon ion beam (shown by arrows 505 in FIG. 8) provides for incorporation nucleation sites 504 in depression 502 of the substrate 501.

На фиг. 9 изображен боковой вертикальный разрез структуры 500, на котором нет слоя формовочного материала 509, удаленного после внедрения зародышеобразующих участков 504. In FIG. 9 shows a side vertical section through a structure 500, on which there is no layer of molding material 509 removed after the introduction of nucleating sites 504.

На фиг. 10 изображен боковой вертикальный разрез структуры 500, подвергшейся воздействию дополнительных шагов настоящего способа, на которых источник реагентного материала, обозначенный стрелками 520, который размещен в промежуточной области между подложкой 501 и близко расположенным нагревательным материалом (фиг, 3), обеспечивает рост алмазного кристаллита 506 предпочтительно на внедренных углеродных участках зародышеобразования. In FIG. 10 is a side vertical sectional view of a structure 500 exposed to additional steps of the present method, in which a source of reagent material, indicated by arrows 520, which is located in the intermediate region between the substrate 501 and the closely spaced heating material (FIG. 3), provides the growth of diamond crystallite 506 preferably in embedded carbon nucleation sites.

На фиг. 11 изображен боковой вертикальный разрез структуры 500, подвергшейся воздействию дополнительного шага настоящего способа, на котором слой проводникового/полупроводникового материала 507 осажден на любую экспонированную часть основной поверхности подложки 501 и на алмазный кристаллит 506. Проводниковый/полупроводниковый материал 507 осажден так, что углубление 502 заполнено выступом 508. In FIG. 11 is a side vertical sectional view of a structure 500 subjected to an additional step of the present method, in which a layer of conductive / semiconductor material 507 is deposited on any exposed part of the main surface of the substrate 501 and on diamond crystallite 506. The conductive / semiconductor material 507 is deposited so that the recess 502 is filled protrusion 508.

На фиг. 12 изображен боковой вертикальный разрез структуры 500, подвергшейся воздействию дополнительного шага настоящего способа, по которому удалена по крайней мере часть подложки 501. Удаление подложки 501 фактически обнажает слой проводникового/полупроводникового материала 507 и, в частности, обнажает выступ 508, на котором отложен алмазный кристаллит 506. In FIG. 12 is a side vertical sectional view of a structure 500 subjected to an additional step of the present method in which at least a portion of the substrate 501 is removed. Removing the substrate 501 actually exposes a layer of conductive / semiconductor material 507 and, in particular, exposes a protrusion 508 on which diamond crystal is deposited 506.

Использование внедренных зародышеобразующих участков, на которых можно инициировать рост алмазного кристаллита, обеспечивает более однородное покрытие. Поскольку толщина покрытия составляет 5000

, весьма важно, чтобы при формировании покрытия неправильности и толщине и покрытии были минимальным. Другие способы выполнения процесса выращивания алмазной пленки не обеспечивают существенно равномерного роста толщины и покрытия.The use of embedded nucleating sites where diamond crystallite growth can be initiated provides a more uniform coating. Since the coating thickness is 5000

, it is very important that the irregularities and thickness and coating are minimal when forming the coating. Other methods for performing the process of growing a diamond film do not provide a substantially uniform increase in thickness and coating.

На фиг. 13 изображен боковой вертикальный разрез структуры 600, изготовленной следующим способом, соответствующим изобретению. Структура 600 подобна структуре 500 (на фиг. 8), при этом признаки, первоначально обозначенные на фиг. 9, аналогичны образом обозначены, причем позиции начинаются с цифры "6". На фиг. 13 показано испарение материала в малом углу, используемое для осаждения материала 610 на подложке 601 так, чтобы оказалась частично покрытой заданным образом профилированная область 602 подложки 601. Дополнительно на фиг. 13 изображен ионный пучок, обозначенный стрелками 605, который внедряет углеродные зародышеобразующие участки 604 в заданным образом профилированную область 602 подложки 601 и существенно в предопределенную часть заданным образом профилированной области 602, которой в данном конкретном варианте осуществления является дно желоба. In FIG. 13 shows a side vertical section through a structure 600 made in the following manner according to the invention. The structure 600 is similar to the structure 500 (in FIG. 8), with the features originally indicated in FIG. 9 are similarly marked, with positions starting with the number “6”. In FIG. 13 shows the evaporation of material at a small angle used to deposit material 610 on a substrate 601 so that the profiled region 602 of the substrate 601 is partially covered in a predetermined manner. Additionally, in FIG. 13 depicts an ion beam, indicated by arrows 605, which embeds carbon nucleating regions 604 into a predetermined profiled region 602 of the substrate 601 and substantially into a predetermined portion of the predetermined profiled region 602, which in this particular embodiment is the bottom of the gutter.

На фиг. 14 изображена структура 600 после выполнения дополнительного шага настоящего способа, на котором удален материал 610. In FIG. 14 shows the structure 600 after performing an additional step of the present method in which material 610 is removed.

На фиг. 15 дан боковой вертикальный разрез структуры 600 после выполнения дополнительных шагов настоящего способа, на которых источник реагентного материала, изображенный стрелками 620, который размещен в промежуточной области между подложкой 601 и близко отстоящего от подложки нагревательного элемента (фиг. 3), обеспечивает рост алмазного кристаллита 606 предпочтительно во внедренных углеродных зародышеобразующих участках. В случае структуры, представленной на фиг. 15, кристаллит предпочтительно растет только на части экспонированной поверхности подложки 601 и, в частности, на вершине заданным образом профилированной области 602. In FIG. 15 shows a side vertical section through the structure 600 after completing additional steps of the present method, in which the source of reagent material, shown by arrows 620, which is located in the intermediate region between the substrate 601 and the heating element close to the substrate (FIG. 3), ensures the growth of diamond crystallite 606 preferably in embedded carbon nucleating sites. In the case of the structure shown in FIG. 15, the crystallite preferably grows only on a part of the exposed surface of the substrate 601 and, in particular, on top of a predetermined manner of the profiled region 602.

На фиг. 16 дан боковой вертикальный разрез структуры 600 после выполнения дополнительного шага настоящего способа, на котором слой проводникового/полупроводникового материала 607 осаждается на любую экспонированную часть основной поверхности подложки 601 и на алмазный кристаллит 606. Проводниковый/полупроводниковый материал 607 осаждается так, что заполняет заданным образом профилированную область 602 выступом 608. In FIG. 16 shows a side vertical section through a structure 600 after performing an additional step of the present method, in which a layer of a conductive / semiconductor material 607 is deposited on any exposed part of the main surface of the substrate 601 and on diamond crystallite 606. The conductive / semiconductor material 607 is deposited so that it fills the shaped area 602 protrusion 608.

На фиг. 17 дан боковой вертикальный разрез структуры 600 после выполнения дополнительного шага настоящего способа, соответствующего изобретению, на котором удалена по крайней мере часть подложки 601. Удаление подложки 601 фактически обнажает слой из проводникового /полупроводникового материала 607 и, в частности, осаждает выступ 608, на вершине которого осажден алмазный кристаллит 606. In FIG. 17 is a side vertical sectional view of a structure 600 after performing an additional step of the present method according to the invention in which at least a portion of the substrate 601 has been removed. Removing the substrate 601 actually exposes a layer of conductor / semiconductor material 607 and, in particular, deposits a protrusion 608, on top which precipitated diamond crystalline 606.

На фиг. 18 изображен боковой вертикальный разрез структуры 1400, которая выполнена путем выполнения разнообразных шагов в соответствии со следующим способом, соответствующим изобретению. Структура 1400 включает в себя заданным образом профилированный слой 1401 проводникового/полупроводникового материала, имеющий по крайней мере основную поверхность с заданным профилем, причем в этом конкретном варианте осуществления изобретения она имеет форму конического выступа, являющегося электродом 1402. Слой 1401 профилируется заданным образом любым из известных способов, которые включают анизотропное травление и ионное фрезерование, но не ограничиваются ими. Углеродный ионный поток, обозначенный стрелками 1405, обеспечивает внедрение углеродных зародышеобразующих участков 1404 на основной поверхности электрода 1402. In FIG. 18 is a side vertical sectional view of a structure 1400, which is made by performing various steps in accordance with the following method according to the invention. The structure 1400 includes in a predetermined manner a profiled layer 1401 of a conductive / semiconductor material having at least a main surface with a predetermined profile, and in this particular embodiment of the invention, it has the shape of a conical protrusion that is an electrode 1402. The layer 1401 is profiled in a predetermined manner by any of the known methods that include, but are not limited to anisotropic etching and ion milling. The carbon ion flux, indicated by arrows 1405, enables the incorporation of carbon nucleating regions 1404 on the main surface of the electrode 1402.

Слой 1401 (на фиг. 19) опирается на подложку, которой является слой 1403 из формовочного материала, подобного фоторезистному или изоляционному материалу, в котором имеется по крайней мере одно отверстие 1409. Отверстие 1409 выполняется предпочтительно экспонированием и проявлением фоторезиста или травлением изоляционного материала, как потребуется. Проводниковый/полупроводниковый электрод существенно размещен внутри отверстия 1409 и на слое 1401. Углеродный ионный пучок, обозначенный стрелками 1405, обеспечивает внедрение зародышеобразующих участков 1404 на проводниковом/полупроводниковом электроде 1402, при этом остальная часть слоя 1401 защищена от внедрения зародышеобразующих участков 1404 слоем 1403. Слой формовочного материала 1403 можно затем удалить, когда будут внедрены зародышеобразующие участки 1404. Layer 1401 (in FIG. 19) rests on a substrate, which is a layer 1403 of molding material similar to a photoresist or insulating material, in which there is at least one hole 1409. The hole 1409 is preferably made by exposing and developing the photoresist or etching the insulating material, such as would need. The conductor / semiconductor electrode is substantially located inside the hole 1409 and on the layer 1401. The carbon ion beam, indicated by arrows 1405, provides the introduction of nucleating regions 1404 on the conductor / semiconductor electrode 1402, while the rest of the layer 1401 is protected from the introduction of nucleating regions 1404 by the layer 1403. The layer molding material 1403 can then be removed when nucleating regions 1404 are introduced.

На фиг. 20 дан боковой вертикальный разрез структуры 1400 (фиг. 18 и 19) после выполнения дополнительных шагов способа, соответствующего изобретению. Источник реагентного материала, обозначенный стрелками 1420, размещенный в промежуточной области между проводниковым/полупроводниковым электродом 1402 и близко расположенным нагревательным элементом 304 (фиг. 3), обеспечивает рост алмазного кристаллита 1406 предпочтительно на внедренных углеродных зародышеобразующих участках. In FIG. 20 is a side vertical sectional view of structure 1400 (FIGS. 18 and 19) after completing additional steps of the method of the invention. The source of reagent material, indicated by arrows 1420, located in the intermediate region between the conductor / semiconductor electrode 1402 and the closely spaced heating element 304 (Fig. 3), provides the growth of diamond crystallite 1406 preferably in the embedded carbon nucleating sites.

Готовый проводниковый-полупроводниковый электрод 1402, на который осаждено покрытие из алмазного кристаллита 1406, выполнен в виде автоэлектронного эмиттера, обладающего некоторыми желательными рабочими характеристиками, включающими пониженное рабочее напряжение, улучшенную поверхностную стабильность и пониженную чувствительность к повреждению ионной бомбардировкой. Использование внедренных углеродных зародышеобразующих участков 1404 предоставляет механизм для улучшенного покрытия алмазным кристаллитом и предотвращает формирование неоднородного покрытия, которое предполагает нежелательно большой рост кристаллита. The finished conductor-semiconductor electrode 1402, on which the coating of diamond crystallite 1406 is deposited, is made in the form of a field-emitter having some desirable performance characteristics, including reduced operating voltage, improved surface stability and reduced sensitivity to damage by ion bombardment. The use of embedded carbon nucleation sites 1404 provides a mechanism for improved diamond crystallite coating and prevents the formation of a heterogeneous coating that implies an undesirably large crystallite growth.

На фиг. 21 дан боковой вертикальный разрез структуры 1500, полученной в результате выполнения шагов следующего способа, соответствующего изобретению. Имеется опорная подложка 1501. Слой 1508 изоляционного материала, в котором выполнено отверстие 1509, нанесен на опорную подложку 1501. Проводниковый/полупроводниковый электрод 1502 (фиг. 18 и 19) размещен внутри отверстия 1509 и на опорной подложке 1501. Слой проводникового/полупроводникового материала 1507 нанесен на слой 1508 так, что отверстие 1509 проходит через слой 1507. Слой формовочного материала 1522 нанесен на слой 1507. Углеродный ионный пучок, обозначенный стрелками 1505, обеспечивает внедрение зародышеобразующих участков 1504 в проводниковый/полупроводниковый электрод 1502. Слой 1522 можно удалить после внедрения зародышеобразующих участков 1504. In FIG. 21 is a side vertical sectional view of a structure 1500 obtained by performing the steps of the following method according to the invention. There is a support substrate 1501. A layer of insulating material 1508 in which the hole 1509 is made is deposited on the support substrate 1501. A conductor / semiconductor electrode 1502 (FIGS. 18 and 19) is placed inside the hole 1509 and on the support substrate 1501. A layer of conductor / semiconductor material 1507 deposited on layer 1508 so that hole 1509 passes through layer 1507. A layer of molding material 1522 is deposited on layer 1507. The carbon ion beam, indicated by arrows 1505, allows the incorporation of nucleating regions 1504 into a conductor / semiconductor new electrode 1502. Layer 1522 can be removed after the introduction of nucleating sites 1504.

Как показано на фиг. 22, формовочный слой 1522 (фиг. 21) удаляется, чтобы по крайней мере некоторые зародышеобразующие участки 1504 осаждались на проводниковом/полупроводниковом слое 1507. As shown in FIG. 22, the molding layer 1522 (FIG. 21) is removed so that at least some nucleating regions 1504 are deposited on the conductor / semiconductor layer 1507.

На фиг. 23 дан боковой вертикальный разрез структуры 1500 (фиг. 21 и 22) после выполнения дополнительных шагов настоящего способа. Источник реагентного материала, обозначенный стрелками 1520, расположенный в промежуточной области между проводниковым/полупроводниковым электродом 1502 и близко расположенным к электроду нагревательным элементом (фиг. 3), обеспечивает рост алмазного кристаллита 1506 предпочтительно на внедренных углеродных зародышеобразующих участках. Комбинация проводникового/полупроводникового электрода 1502 с покрытием на алмазных зародышеобразующих участках 506 образует улучшенный электронный эмиттер 1510. In FIG. 23 shows a lateral vertical section of a structure 1500 (FIGS. 21 and 22) after completing additional steps of the present method. The source of reagent material, indicated by arrows 1520, located in the intermediate region between the conductor / semiconductor electrode 1502 and the heating element close to the electrode (Fig. 3), ensures the growth of diamond crystallite 1506 preferably in the embedded carbon nucleating sites. The combination of a conductive / semiconductor electrode 1502 coated in diamond nucleating sites 506 forms an improved electronic emitter 1510.

На фиг. 24 дан боковой вертикальный разрез структуры 1500 (фиг. 23), которая дополнительно имеет анод 1516, удаленный относительно электронного эмиттера 1510, для сбора всех электронов, испускаемых электронным эмиттером 1510. Слой 1507, поскольку он изготовлен из проводникового/полупроводникового материала, функционирует в качестве управляющего эмиссией электрода для управления скоростью электродной эмиссии. Автоэлектронное эмиттерное устройство (структура 1500), использующая электронный эмиттер, содержащий алмазное покрытие, образованное в соответствии со способом по изобретению (фиг. 24), можно с преимуществом использовать в приложениях, относящихся к данной области техники. Использование внедренных зародышеобразующих участков, на которых можно иницировать рост алмазного кристаллита, обеспечивает нанесение более однородного покрытия. Поскольку желательна толщина покрытия - 5000

оказывается важным фактором при формировании покрытия минимизация неправильностей толщины и покрытия. Другие способы выращивания алмазной пленки не обеспечивают существенно однородных толщины и покрытия. Другие способы выращивания алмазной пленки не обеспечивают существенно однородных толщины и покрытия.In FIG. 24 is a side vertical sectional view of a structure 1500 (FIG. 23), which further has an anode 1516 remote from the electronic emitter 1510 to collect all the electrons emitted by the electronic emitter 1510. Layer 1507, since it is made of a conductive / semiconductor material, functions as controlling the emission of the electrode to control the rate of electrode emission. A field-emitter device (structure 1500) using an electronic emitter containing a diamond coating formed in accordance with the method of the invention (FIG. 24) can advantageously be used in applications related to the art. The use of embedded nucleating sites where diamond crystallite growth can be initiated provides a more uniform coating. Since a coating thickness of 5,000 is desired

It turns out to be an important factor in the formation of the coating to minimize irregularities in thickness and coating. Other methods for growing a diamond film do not provide substantially uniform thickness and coatings. Other methods for growing a diamond film do not provide substantially uniform thickness and coatings.

На фиг. 25 дан боковой вертикальный разрез структуры 1600 (фиг. 22), причем подобные признаки, первоначально обозначенные на фиг. 22, обозначены позициями, начинающимися с цифры "6". На фиг. 25 дополнительно изображен внедряющий ионы источник 1640, создающий ионный пучок 1605, который внедряет углеродные зародышеобразующие участки 1604 в проводниковый/полупроводниковый электрод 1602. Внешний источник напряжения оперативно включен между внедряющим ионы источником 1640 и опорной подложкой 1601. Второй внешний источник напряжения 1612 оперативно включен между проводниковым/полупроводниковым слоем 1607 и опорной подложкой 1601. Структура, изображенная на фиг. 25, может использовать проводниковый/полупроводниковый электрод, образованный как описано выше (фиг. 18). После приложения подходящего напряжения к проводниковому/полупроводниковому слою ионы, составляющие ионный пучок 1605, будут предпочтительно отталкиваться от области, близкой к периферии проводникового/полупроводникового слоя 1607, к предпочтительно малой части поверхности проводникового/полупроводникового электрода 1602. Такая переориентация ионного пучка 1605 приводит к внедрению зародышеобразующих участков 1604 существенно только в предпочтительной части поверхности проводникового/полупроводникового электрода 1602. In FIG. 25 is a side vertical sectional view of the structure 1600 (FIG. 22), with similar features originally indicated in FIG. 22 are indicated by positions starting with the number "6". In FIG. 25 further depicts an ion introducing source 1640 that generates an ion beam 1605 that embeds carbon nucleating portions 1604 into a conductor / semiconductor electrode 1602. An external voltage source is operatively connected between the ion introducing source 1640 and the support substrate 1601. A second external voltage source 1612 is operatively connected between the conductor / semiconductor layer 1607 and support substrate 1601. The structure depicted in FIG. 25 may use a conductor / semiconductor electrode formed as described above (FIG. 18). After applying a suitable voltage to the conductor / semiconductor layer, the ions constituting the ion beam 1605 will preferably repulse from a region close to the periphery of the conductor / semiconductor layer 1607 to a preferably small portion of the surface of the conductor / semiconductor electrode 1602. Such a reorientation of the ion beam 1605 leads to the introduction of nucleating sites 1604 is significant only in the preferred part of the surface of the conductor / semiconductor electrode 1602.

На фиг. 26 дан боковой вертикальный разрез структуры 1600, в которой другим способом получены результаты, описанные со ссылками на фиг. 25. При этом модифицированном способе отверстие 1609 частично закрывают путем отложения материала под малым углом, как это известно специалистам, для создания частично покрывающего слоя 1614. Углеродный ионный поток, обозначенный на фиг. 25 стрелками 1605, обеспечивает внедрение зародышеобразующих участков 1604 в проводниковый/полупроводниковый электрод 1602. In FIG. 26 is a side vertical sectional view of a structure 1600 in which the results described in relation to FIG. 25. With this modified method, the hole 1609 is partially closed by depositing the material at a small angle, as is known to those skilled in the art, to create a partially covering layer 1614. The carbon ion flux indicated in FIG. 25 arrows 1605, provides the introduction of nucleating sites 1604 in the conductor / semiconductor electrode 1602.

На фиг. 27 изображена структура 1600, подвергшаяся воздействию следующего шага обработки, на котором удален частично закрывающий слой 1614. In FIG. 27 depicts a structure 1600 exposed to the next processing step, in which a partially covering layer 1614 is removed.

На фиг. 28 дан боковой вертикальный разрез структуры 1600, подвергшейся воздействию на следующих дополнительных шагах настоящего способа, на которых источник реагентного материала, изображенный стрелками 1620, который размещен в промежуточной области между проводниковым/полупроводниковым электродом 1602 и близко расположенным нагревательным элементом (фиг. 3), обеспечивает рост алмазного кристаллита 1606 предпочтительно на внедренных углеродных зародышеобразующих участках. В случае структуры, показанной на фиг. 28, рост алмазного кристаллита имеет место предпочтительно только на части экспонированной поверхности проводникового/полупроводникового электрода 1602. Комбинация из проводникового/полупроводникового электрода 1602 и покрывающего алмазного кристаллита 1606 образует улучшенный электронный эмиттер 1610. In FIG. 28 is a side vertical sectional view of a structure 1600 exposed in the following additional steps of the present method, in which the source of reagent material shown by arrows 1620, which is located in the intermediate region between the conductor / semiconductor electrode 1602 and the closely spaced heating element (FIG. 3), provides the growth of diamond crystallite 1606, preferably in the embedded carbon nucleating sites. In the case of the structure shown in FIG. 28, diamond crystallite growth preferably occurs only on a portion of the exposed surface of the conductor / semiconductor electrode 1602. The combination of the conductor / semiconductor electrode 1602 and the coating diamond crystallite 1606 forms an improved electronic emitter 1610.

На фиг. 29 дан боковой вертикальный разрез структуры 1600, дополнительно содержащий анод 1616, удаленный относительно электронного эмиттера 1610, для сбора электронов, испускаемых электронным эмиттером 1610. Проводниковый/полупроводниковый слой 1607 функционирует в качестве управляющего эмиссией электрода для управления скоростью электродной эмиссии. Автоэлектронное эмиссионное устройство, содержащее алмазное покрытие, сформированное по способу, соответствующему изобретению (фиг. 25-29), можно с преимуществами использовать в приложениях, известных специалистам в данной области техники. Использование внедренных зародышеобразующих участков, на которых инициируют рост алмазного кристаллита, обеспечивает более однородное покрытие. Поскольку желательна толщина покрытия 10 5000

, важно, чтобы при образовании покрытия минимизировались неправильности толщины и покрытия. Другие способы выращивания алмазной пленки не обеспечивают существенно однородной толщины и покрытия.In FIG. 29 is a side vertical sectional view of a structure 1600, further comprising an anode 1616 removed relative to the electronic emitter 1610 to collect electrons emitted by the electronic emitter 1610. The conductor / semiconductor layer 1607 functions as an emission control electrode to control the rate of electrode emission. A field-emission device comprising a diamond coating formed by the method of the invention (FIGS. 25-29) can advantageously be used in applications known to those skilled in the art. The use of embedded nucleating sites where diamond crystallite growth is initiated provides a more uniform coating. Since a coating thickness of 10,000 is desired

, it is important that during coating formation, irregularities in thickness and coating are minimized. Other methods for growing a diamond film do not provide a substantially uniform thickness and coating.

Описанные способы обеспечивают создание электронных эмиттерных структур, которые при использовании в автоэлектронных эмиттерных устройствах проявляют рабочие характеристики, не достижимые известными устройствами. Устройства автоэлектронной эмиссии, использующие электронные эмиттеры, изготовленные по способам, соответствующим настоящему изобретению, обеспечивают улучшенную работу, повышенную стабильность и большую продолжительность службы устройствам. Алмазное покрытие электронного эмиттера проявляет значительно пониженную рабочую функцию, обусловленную низким отрицательным электронным сродством, и отличается большей стабильностью кристаллитовой структуры, чем таковые могут быть достигнуты с используемыми материалами, ранее использовавшимися для изготовления электронных эмиттеров. The described methods provide the creation of electronic emitter structures, which when used in field emitter devices exhibit performance characteristics not achievable by known devices. Field emission devices using electronic emitters made according to the methods of the present invention provide improved performance, increased stability, and long service life of the devices. The diamond coating of the electron emitter exhibits a significantly reduced working function due to the low negative electron affinity and is more stable in the crystal structure than can be achieved with the materials used previously for the manufacture of electronic emitters.

Claims

1. An electronic emitter comprising a selectively profiled conductor / semiconductor electrode that has a main surface, characterized in that it contains a plurality of nucleating regions with embedded ions distributed over the main surface of the conductor / semiconductor electrode and at least a diamond crystallite placed on the main surface a conductor / semiconductor electrode and a plurality of nucleating sites.

2. The emitter according to claim 1, characterized in that the diamond crystallite placed on the main surface forms a homogeneous diamond coating placed on at least part of the main surface of the conductor / semiconductor electrode.

3. The emitter according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the nucleating regions embedded in the main surface of the conductor / semiconductor electrode are carbon nucleating regions.

4. The emitter according to claims 1 to 3, characterized in that the conductor / semiconductor electrode has the shape of a vent-like recess and diamond crystallite is deposited in the said recess.

5. The emitter according to claims 1 to 3, characterized in that the conductor / semiconductor electrode has the shape of a relatively sharp protrusion with an elongated peak and the diamond crystallite is deposited on said elongated peak.

6. The emitter according to claim 2, characterized in that the diamond coating has a thickness

7. A method of manufacturing an electronic emitter, characterized in that a selectively profiled substrate having a main surface is manufactured, ions are introduced as nucleating regions on at least a portion of the main surface of the selectively profiled substrate, diamond crystallite is grown, at least on a portion of the nucleating regions, deposited a layer of semiconductor / conductive material on at least a portion of the main substrate and diamond crystallite, and at least a portion is removed from iratelno profiled substrate to create electron emitter having a diamond coating applied on at least part of conductive / semiconductive layer.

8. The method according to claim 7, characterized in that at the stage of introduction of ions, the implementation of carbon ions is performed.

9. The method according to PP.7 and 8, characterized in that the step of manufacturing a selectively profiled substrate includes anisotropic etching of the substrate and the semiconductor material.

10. The method according to PP.7 to 9, characterized in that at the stage of manufacturing a selectively profiled substrate additionally perform ion milling of the substrate material.

11. A method of manufacturing a field-emitter emitter, characterized in that a selectively profiled conductor / semiconductor electrode is manufactured having a main surface, ions are introduced as nucleating regions on at least a portion of the main surface of the conductor / semiconductor electrode, and diamond crystallites are grown, at least on some nucleating sites for creating an electronic emitter containing a diamond coating deposited on the main surface of the voter but shaped conductor / semiconductor electrode.

12. The method according to claim 11, characterized in that the step of introducing ions includes introducing carbon ions.

13. The method according to PP.11 and 12, characterized in that the manufacture of a conductor / semiconductor electrode includes anisotropic etching of the semiconductor material.

14. The method according to PP.11 to 13, characterized in that the manufacture of a support substrate, a layer of molding material is applied to the support substrate, a layer of molding material is formed to create a through hole therein, a selectively profiled conductor / semiconductor electrode located essentially inside holes and on the support substrate, introduce ions and remove the entire layer of molding material, after which diamond crystallites are grown.

15. The method according to 14, characterized in that the step of manufacturing a conductor / semiconductor electrode includes the step of forming the electrode by normal spraying of a conductor / semiconductor material.

16. The method according to PP.14 and 15, characterized in that at the stage of ion implantation, a layer of conductive / semiconductor material is applied to the molded layer of the molding material, an ion-introducing device is created, a conductive / semiconductor electrode is placed in the ion-introducing device, and ions are introduced as nucleating agents sections on at least a portion of the surface of the conductor / semiconductor electrode, create a first voltage source connected between the support substrate and the ion introducing device to create the ion-accelerating electric field between the ion introducing device and the conductor / semiconductor electrode and create a second voltage source connected between the support substrate and the conductor / semiconductor layer to create a repulsive ion of the electric field between the conductor / semiconductor layer and the conductor / semiconductor electrode to allow part direction ions, on a given part of the conductor / semiconductor electrode.

17. The method according to p. 14, characterized in that a layer of conductive / semiconductor material is applied to the molded layer of molding material, a layer of material is applied to the conductive / semiconductor layer by spraying at an acute angle so that the etched hole is selectively partially closed, and removed the entire layer of material after the introduction of ions, so that carbon ions are selectively embedded on a given part of the surface of the conductor / semiconductor electrode.