RU2089001C1 - Source of electrons and method of its manufacture - Google Patents
Source of electrons and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089001C1 RU2089001C1 RU96103426/07A RU96103426A RU2089001C1 RU 2089001 C1 RU2089001 C1 RU 2089001C1 RU 96103426/07 A RU96103426/07 A RU 96103426/07A RU 96103426 A RU96103426 A RU 96103426A RU 2089001 C1 RU2089001 C1 RU 2089001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductive film
- hole
- dielectric layer
- layer
- expanding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/32—Secondary-electron-emitting electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, в частности, к системам отображения информации на основе автоэмиссионных устройств и экранов с катодолюминесцентным покрытием и системам управления. The invention relates to electronic equipment, in particular, to information display systems based on field emission devices and screens with a cathodoluminescent coating and control systems.
Известно плоское устройство воспроизведения изображения (Патент ЕПВ(УР) N 046493Э от 8.01.92г. МКИ HOIJ 31/12), имеющее в своем составе источник электронов. Known flat device image reproduction (Patent EPO (UR) N 046493E from 8.01.92 MKI HOIJ 31/12), which includes an electron source.
Устройство состоит из передней панели с люминофором, с прикрепленной к ней через перегородки задней стенкой корпуса. В корпусе установлено несколько источников электронов, включающих в себя каналы передачи. Стенки каналов выполнены из электроизолирующего материала. Коэффициент вторичной электронной эмиссии которого обеспечивает передачу электронов в виде электронных токов. Каждая из точек вывода электронных токов связана со структурой с отверстиями, расположенной между каналами передачи и люминесцентным экраном, имеющей возбуждающий электрод, выводящий электроны через отверстия, которые специальным устройством направляются на люминесцентный экран. The device consists of a front panel with a phosphor, with the rear wall of the housing attached to it through partitions. The housing has several electron sources, including transmission channels. The walls of the channels are made of electrically insulating material. The secondary electron emission coefficient of which provides the transfer of electrons in the form of electronic currents. Each of the output points of the electronic currents is associated with a structure with holes located between the transmission channels and the fluorescent screen, having an exciting electrode that outputs electrons through the holes, which are directed by a special device to the fluorescent screen.
Недостатком устройства является наличие технологических ограничений по материалу стенок канала, который должен быть электроизолирующим, что не позволяет выбрать другие материалы, обладающие большей величиной коэффициента вторичной электронной эмиссии и обеспечивающие более воспроизводимую передачу электронных токов. The disadvantage of this device is the presence of technological limitations on the material of the channel walls, which must be electrically insulating, which does not allow selecting other materials that have a larger value of the secondary electron emission coefficient and provide a more reproducible transmission of electronic currents.
Известен автоэлектронный катод [1] состоящий из подложки, на поверхности которой расположена проводящая пленка и покрывающая ее диэлектрическая пленка с расположенным на ней слоем держателя катода. Слой держателя катода имеет отверстия до поверхности диэлектрической пленки. На поверхности держателя катода расположена катодная пленка, края которой выступают над отверстиями и расположены параллельно поверхности подложки. Выступающие над отверстиями края катодной пленки имеют эмиттирующие электроны торцы. На некотором расстоянии от поверхности подложки расположен коллектор электронов. При подаче на проводящую пленку относительно катода положительного потенциала определенной величины возникает эффект автоэлектронной эмиссии из торцов катода, а эмиттированные электроны, бомбардирующие поверхность диэлектрической пленки, вызывают вторичную электронную эмиссию. Выбитые вторичные электроны попадают на коллектор. Known autoelectronic cathode [1] consisting of a substrate on the surface of which is a conductive film and a dielectric film covering it with a layer of a cathode holder located on it. The cathode holder layer has openings up to the surface of the dielectric film. A cathode film is located on the surface of the cathode holder, the edges of which protrude above the holes and are parallel to the surface of the substrate. The edges of the cathode film protruding above the holes have electron emitting ends. At some distance from the surface of the substrate is an electron collector. When a positive potential of a certain value is applied to the conductive film relative to the cathode, the effect of field emission from the ends of the cathode occurs, and the emitted electrons bombarding the surface of the dielectric film cause secondary electron emission. Knocked out secondary electrons enter the collector.
На фиг.1 представлено схематическое изображение автоэлектронного катода, где 1 подложка; 2 проводящая пленка; 3 диэлектрическая пленка; 4 - держатель катода: 5 катодная пленка; 6 выступающие края катода; 7 - эмиттирующие торцы катода; 8 коллектор. Figure 1 presents a schematic representation of the field-emission cathode, where 1 is a substrate; 2 conductive film; 3 dielectric film; 4 - cathode holder: 5 cathode film; 6 protruding edges of the cathode; 7 - emitting ends of the cathode; 8 collector.
В соответствии с описанием авторского свидетельства способ изготовления прибора включает последовательное напыление на диэлектрическую подложку проводящей пленки, диэлектрической пленки, слоя держателя катода и катодной пленки, формирование методом фотолитографии окна в катодной пленке, вытравливание в слое держателя катода окна с использованием в качестве маски катодной пленки с подтравом под катодную пленку, в результате чего формируется выступающая кромка катода. In accordance with the description of the copyright certificate, the method of manufacturing the device includes sequential sputtering of a conductive film, a dielectric film, a layer of a cathode holder and a cathode film on a dielectric substrate, formation of a window in a cathode film by photolithography, etching in a layer of a cathode holder of a window using a cathode film with undermining under the cathode film, as a result of which a protruding edge of the cathode is formed.
Устройство автоэлектронного катода является наиболее близким к предлагаемому источнику электронов и выбрано в качестве прототипа. The auto-electronic cathode device is the closest to the proposed electron source and is selected as a prototype.
Недостатком источника электронов по прототипу является ограничение по материалу пленки, из которой осуществляется вторичная электронная эмиссия, что, в свою очередь, ограничивает технологические возможности его реализации и не позволяет использовать, в частности, проводящие материалы с оптимальными свойствами как по величине коэффициента вторичной электронной эмиссии, так и по стабильности и воспроизводимости характеристик устройства. Другим недостатком является повышенное значение рабочего напряжения источника электронов на величину падения напряжения на диэлектрической пленке, покрывающей проводящую пленку. Данный недостаток проявляется в начальный период работы источника. Наличие диэлектрической пленки в зазоре катод - проводящая пленка снижает воспроизводимость электрофизических параметров устройства. Недостатком варианта, при котором держатель катода выполнен из проводящего материала, является снижение надежности, выхода годных изделия и воспроизводимости электрофизических характеристик устройств вследствие того, что роль изолятора между катодной пленкой и проводящей пленкой выполняет тонкая диэлектрическая пленка, нанесенная на проводящую пленку. The disadvantage of the electron source of the prototype is the restriction on the material of the film from which the secondary electron emission is carried out, which, in turn, limits the technological capabilities of its implementation and does not allow the use, in particular, of conductive materials with optimal properties as the value of the secondary electron emission coefficient, and the stability and reproducibility of the characteristics of the device. Another disadvantage is the increased value of the working voltage of the electron source by the magnitude of the voltage drop across the dielectric film covering the conductive film. This disadvantage manifests itself in the initial period of the source. The presence of a dielectric film in the gap of the cathode - conductive film reduces the reproducibility of the electrophysical parameters of the device. The disadvantage of the option in which the cathode holder is made of conductive material is a decrease in reliability, product yield and reproducibility of the electrophysical characteristics of the devices due to the fact that the role of the insulator between the cathode film and the conductive film is played by a thin dielectric film deposited on the conductive film.
Известен способ изготовления источника электронов (Авт. св. СССР N 3768826 от 05.04.1973г. МКИ HOIJ 1/30), включающий нанесение на изолирующую подложку первой проводящей пленки, удаление ее части, нанесение диэлектрического слоя, формирование в нем, по крайней мере, одного отверстия, образующего рельеф поверхности, вакуумное нанесение второй проводящей пленки с формированием разрыва второй проводящей пленки по контуру рельефа. A known method of manufacturing an electron source (Aut. St. USSR N 3768826 from 04/05/1973 MKI HOIJ 1/30), including applying to the insulating substrate the first conductive film, removing part of it, applying a dielectric layer, forming at least one hole forming a surface relief, vacuum deposition of a second conductive film with the formation of a gap of the second conductive film along the contour of the relief.
Недостатком данного способа является невоспроизводимость геометрических параметров источника электронов. The disadvantage of this method is the irreproducibility of the geometric parameters of the electron source.
Способ изготовления источника электронов является наиболее близки к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа для способа изготовления источника электронов. A method of manufacturing an electron source is closest to the proposed invention and is selected as a prototype for a method of manufacturing an electron source.
Целью настоящего изобретения является следующая техническая задача - повышение стабильности и воспроизводимости электрофизических параметров источника электронов, повышение выхода годных и надежности изделия, расширение технологических возможностей изготовления изделий. The aim of the present invention is the following technical task is to increase the stability and reproducibility of the electrophysical parameters of the electron source, increase yield and reliability of the product, expanding the technological capabilities of manufacturing products.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в предлагаемом источнике электронов в качестве материала, из которого осуществляется вторичная электронная эмиссия, используется проводящая, в частности, металлическая или полупроводниковая пленка, между торцом автоэмиссионного катода и вытягивающим электродом отсутствует диэлектрическая пленка, роль изолятора между катодом и вытягивающим электродом вне зазора выполняет диэлектрический слой, толщина которого не лимитируется конструкцией устройства, зазор между катодом и вытягивающим электродом имеет постоянную величину при воспроизводимой форме острия. The stated technical problem is achieved by the fact that in the proposed source of electrons as a material from which secondary electron emission is carried out, a conductive, in particular, metal or semiconductor film is used, there is no dielectric film between the end of the field emission cathode and the extraction electrode, the role of an insulator between the cathode and the extraction the electrode outside the gap performs a dielectric layer, the thickness of which is not limited by the design of the device, the gap between the cathode and the draw the waving electrode has a constant value with the reproducible shape of the tip.
Это достигается тем, что источник электронов состоит из изолирующей пленки с размещенной на ней первой проводящей пленкой, образующей токоведущие дорожки, электроды, вытягивающие электроны из автоэмиссионных катодов, и часть областей поверхности, из которых осуществляется вторичная электронная эмиссия, из диэлектрического слоя держателя автоэмиссионного катода, покрывающего часть поверхности изолирующей подложки и первой проводящей пленки и имеющего отверстия над первой проводящей пленкой с расширяющейся частью, расположенной по контуру области, прилегающей к поверхности первой проводящей пленки, из второй проводящей пленки, образующей токоведущие дорожки и автоэмиссионные катоды и имеющей часть, расположенную на поверхности диэлектрического слоя и стенках отверстия, исключая ее расширяющуюся часть, часть, расположенную на первой проводящей пленке в отверстии и образующую вторую область поверхностей, из которых осуществляется вторичная электронная эмиссия, и часть, выступающую в пространство, ограниченное расширяющейся частью отверстия, направленную к краю находящейся в отверстии части второй проводящей пленки, расположенной на первой проводящей пленке, и имеющую с ними вакуумный зазор. Части второй проводящей пленки, выступающие в пространств, ограниченно расширяющейся частью отверстия, образуют автоэмиссионные катоды, представляющие собой торцы, нависающие над проводящими пленками в отверстии и имеющие острия. Толщина диэлектрического слоя над расширяющейся частью отверстия равна толщине над изолирующей подложкой и первой проводящей пленкой. Расстояние от торца выступающей части второй проводящей пленки до поверхности части второй проводящей пленки, расположенной на первой проводящей пленке в отверстии, выбрано в интервале от 0,05 до 5,0 мкм. Край части второй проводящей пленки, расположенной в отверстии на первой проводящей пленке, совпадает или выступает за проекцию контура нерасширяющейся части отверстия на плоскость первой проводящей пленки в сторону периферии расширяющейся части отверстия. Толщина второй проводящей пленки должна быть меньше десятикратной величины расстояния от торца выступающей части второй проводящей пленки до поверхности первой проводящей пленки. Диаметр расширяющейся части отверстия превышает диаметр ее нерасширяющейся части на величину не менее удвоенной суммы расстояния от поверхности первой проводящей пленки до поверхности расширяющейся части отверстия в диэлектрическом слое, прилегающей к выступающей части второй проводящей пленки, и величины рассовмещения при литографии, но не превышает восьмикратную толщину диэлектрического слоя. This is achieved by the fact that the electron source consists of an insulating film with a first conductive film placed on it, forming current-carrying tracks, electrodes that draw electrons from the field emission cathodes, and part of the surface areas from which secondary electron emission is carried out, from the dielectric layer of the field emission cathode holder, covering a portion of the surface of the insulating substrate and the first conductive film and having openings above the first conductive film with an expanding portion located along the outline of the region adjacent to the surface of the first conductive film from the second conductive film forming current paths and field emission cathodes and having a part located on the surface of the dielectric layer and the walls of the hole, excluding its expanding part, a part located on the first conductive film in the hole and forming the second region of the surfaces from which the secondary electron emission is carried out, and the part protruding into the space bounded by the expanding part of the hole directed towards the edge part of the second conductive film located in the hole, located on the first conductive film, and having a vacuum gap with them. The parts of the second conductive film protruding in spaces limited by the expanding part of the hole form field emission cathodes, which are ends hanging over the conductive films in the hole and having points. The thickness of the dielectric layer over the expanding part of the hole is equal to the thickness over the insulating substrate and the first conductive film. The distance from the end face of the protruding part of the second conductive film to the surface of the part of the second conductive film located on the first conductive film in the hole is selected in the range from 0.05 to 5.0 μm. The edge of the portion of the second conductive film located in the hole on the first conductive film coincides or stands for the projection of the contour of the non-expandable part of the hole on the plane of the first conductive film in the direction of the periphery of the expanding part of the hole. The thickness of the second conductive film should be less than ten times the distance from the end face of the protruding part of the second conductive film to the surface of the first conductive film. The diameter of the expanding part of the hole exceeds the diameter of its non-expanding part by at least twice the sum of the distance from the surface of the first conductive film to the surface of the expanding part of the hole in the dielectric layer adjacent to the protruding part of the second conductive film, and the misregistration value during lithography, but not exceeding eight times the thickness of the dielectric layer.
Это также достигается тем, что способ изготовления источника электронов включает следующие операции. Нанесение на изолирующую подложку первой проводящей пленки и удаление части первой проводящей пленки. Формирование на оставшейся части первой проводящей пленки, по крайней мере, одного островка дополнительного покрытия, имеющего два слоя нижний и верхний. Формирование по крайней мере одного отверстия до нижнего слоя дополнительного покрытия методом локального анизотропного травления диэлектрического слоя и верхнего дополнительного покрытия так, чтобы контур отверстия находился внутри конура островка. Селективное изотропное травление нижнего слоя островка до его полного удаления с подтравом под диэлектрический слой на величину расстояния от контура отверстия до контура островка. В результате проведения операций формирования отверстия и травления нижнего слоя дополнительного покрытия по контуру отверстия формируется рельеф поверхности, представляющий собой козырек диэлектрического слоя, нависающий над поверхностью первой проводящей пленки. Таким образом формируется отверстие с расширяющейся у первой проводящей пленки частью. This is also achieved by the fact that the method of manufacturing an electron source includes the following operations. Applying a first conductive film to an insulating substrate and removing a portion of the first conductive film. Formation on the remaining part of the first conductive film of at least one island of an additional coating having two layers lower and upper. The formation of at least one hole to the lower layer of the additional coating by local anisotropic etching of the dielectric layer and the upper additional coating so that the contour of the hole is inside the island contour. Selective isotropic etching of the lower layer of the island until it is completely removed with etching under the dielectric layer by the distance from the hole contour to the island contour. As a result of the operations of forming the hole and etching the lower layer of the additional coating along the contour of the hole, a surface relief is formed, which is a visor of the dielectric layer hanging over the surface of the first conductive film. Thus, an opening is formed with a part expanding at the first conductive film.
Далее проводят вакуумное нанесение второй проводящей пленки из потока частиц, направленных от поверхностного источника частиц к подложке. Такой метода нанесения обеспечивает формирование разрыва второй проводящей пленки в тени направленного потока по контуру рельефа, в области расширяющейся части отверстия. Затем селективно травят верхний слой островка дополнительного покрытия, который находился над нижним слоем дополнительного покрытия до его травления, через разрыв во второй проводящей пленке. В результате его формируется выступающая часть второй проводящей пленки, имеющая длину, равную толщине верхнего слоя дополнительного покрытия. Далее формируют токоведущие дорожки по второй проводящей пленки и контактные площадки. Это также достигается тем, что диэлектрический слой наносят методом осаждения из смесей кремнийсодержащих соединений и газов из группы кислорода, азот, закись азота, аммиак при 150-450o. Островки дополнительного покрытия формируют нанесением нижнего, а затем верхнего слоя и последующим травлением обоих слоев или путем нанесения нижнего слоя, его локального травления, нанесения верхнего слоя и последующего его локального травления.Next, vacuum deposition of a second conductive film from a stream of particles directed from a surface source of particles to the substrate is carried out. This application method ensures the formation of a rupture of the second conductive film in the shadow of a directed flow along the contour of the relief, in the region of the expanding part of the hole. Then selectively etch the upper layer of the island of the additional coating, which was above the lower layer of the additional coating before etching, through a gap in the second conductive film. As a result, a protruding part of the second conductive film is formed having a length equal to the thickness of the upper layer of the additional coating. Next, conductive paths are formed along the second conductive film and contact pads. This is also achieved by the fact that the dielectric layer is deposited by the method of deposition from mixtures of silicon-containing compounds and gases from the group of oxygen, nitrogen, nitrous oxide, ammonia at 150-450 o . The islands of the additional coating are formed by applying the lower and then the upper layer and subsequent etching of both layers or by applying the lower layer, its local etching, applying the upper layer and its subsequent local etching.
Отличительными от прототипа признаками настоящего изобретения в части устройства являются следующие признаки:
отверстие имеет расширяющуюся часть по контуру области отверстия, прилегающей к поверхности первой проводящей пленки, причем диаметр расширяющейся части отверстия превышает диаметр ее нерасширяющейся части на величину не менее удвоенной суммы расстояния от поверхности первой проводящей пленки до поверхности расширяющейся части отверстия в диэлектрическом слое, прилегающей к выступающей части второй проводящей пленки и величины рассовмещения при литографии, но не превышает восьмикратную толщину диэлектрического слоя;
вторая проводящая пленка имеет часть, расположенную на первой проводящей пленке в отверстии, образующую вторую область поверхности, из которой осуществляется вторичная электронная эмиссия. Часть расположенную на стенках отверстия, исключая расширяющуюся часть отверстия и часть, выступающую в расширяющуюся часть отверстия, прилегающую к поверхности первой проводящей пленки, и направленную к краю находящейся в отверстии части второй проводящей пленки и имеющую с ней вакуумный зазор;
толщина диэлектрического покрытия над расширяющейся частью отверстия равна толщине диэлектрического покрытия над изолирующей подложкой и первой проводящей пленкой;
расстояние от торца выступающей части второй проводящей пленки до поверхности части второй проводящей пленки, расположенной на первой проводящей пленке в отверстии, выбрано в интервале от 0,05 до 560 мкм;
край части второй проводящей пленки, расположенной в отверстии на первой проводящей пленке, совпадает или выступает за проекцию контура нерасширяющейся части отверстия на плоскость первой проводящей пленки в сторону периферии расширяющейся части отверстия;
толщина второй проводящей пленки меньше десятикратной величины расстояния от торца выступающей части второй проводящей пленки до поверхности первой проводящей пленки.Distinctive features of the prototype of the features of the present invention in terms of the device are the following features:
the hole has an expanding part along the contour of the region of the hole adjacent to the surface of the first conductive film, the diameter of the expanding part of the hole exceeding the diameter of its non-expanding part by at least twice the sum of the distance from the surface of the first conductive film to the surface of the expanding part of the hole in the dielectric layer adjacent to the protruding parts of the second conductive film and the misregistration value in lithography, but does not exceed eight times the thickness of the dielectric layer;
the second conductive film has a part located on the first conductive film in the hole, forming a second region of the surface from which the secondary electron emission. A part located on the walls of the hole, excluding the expanding part of the hole and the part protruding into the expanding part of the hole adjacent to the surface of the first conductive film, and directed to the edge of the part of the second conductive film in the hole and having a vacuum gap with it;
the thickness of the dielectric coating over the expanding part of the hole is equal to the thickness of the dielectric coating over the insulating substrate and the first conductive film;
the distance from the end face of the protruding part of the second conductive film to the surface of the part of the second conductive film located on the first conductive film in the hole is selected in the range from 0.05 to 560 μm;
the edge of the part of the second conductive film located in the hole on the first conductive film coincides or stands for the projection of the contour of the non-expandable part of the hole on the plane of the first conductive film in the direction of the periphery of the expanding part of the hole;
the thickness of the second conductive film is less than ten times the distance from the end of the protruding part of the second conductive film to the surface of the first conductive film.
Отличительным от прототипа признаками в части способа изготовления являются:
после удаления части первой проводящей пленки на ее поверхности формируют, по крайней мере, один островок дополнительного покрытия, имеющего два слоя нижний и верхний;
островки дополнительного покрытия формируют, например, нанесением верхнего и нижнего слоев и локального анизотропного травления слоев или повторением двух циклов нанесения и травления слоев;
наносят диэлектрический слой и формируют методом локального анизотропного травления, по крайней мере, одно отверстие до нижнего слоя дополнительного покрытия таким образом, чтобы контур отверстия находился внутри контура островка;
селективно изотропно травят нижний слой островка дополнительного покрытия до его удаления с подтравом под диэлектрический слой;
проводят вакуумное нанесение второй проводящей пленки из потока частиц, направленных от поверхностного источника частиц к подложке, в результате чего формируется разрыв второй проводящей пленки в тени направленного потока по контуру рельефа, сформированного при травлении нижнего слоя дополнительного покрытия под диэлектрический слой;
селективно травят верхний слой островка дополнительного покрытия;
отверстие формируют, например, анизотропным травлением диэлектрического слоя и верхнего слоя дополнительного покрытия;
-после нанесения второй проводящей пленки проводят селективное травление верхнего слоя дополнительного покрытия через разрыв второй проводящей пленки до его удаления в результате чего формируется выступающая часть второй проводящей пленки, имеющая длину, равную толщине верхнего слоя дополнительного покрытия;
диэлектрический слой наносят методом осаждения из смесей кремнийсодержащих соединений и газов из группы кислород, азот, закись азота, аммиак при температуре 150 450oC.Distinctive features of the prototype in terms of the manufacturing method are:
after removing a portion of the first conductive film, at least one island of an additional coating having two layers lower and upper is formed on its surface;
islands of additional coating are formed, for example, by applying the upper and lower layers and local anisotropic etching of the layers or by repeating two cycles of applying and etching the layers;
a dielectric layer is applied and formed by local anisotropic etching, at least one hole to the bottom layer of the additional coating so that the hole contour is inside the island contour;
selectively isotropically etch the lower layer of the island of the additional coating until it is removed with etching under the dielectric layer;
conducting a vacuum deposition of a second conductive film from a stream of particles directed from a surface source of particles to the substrate, resulting in a rupture of the second conductive film in the shadow of a directed flow along the contour of the relief formed by etching the lower layer of the additional coating under the dielectric layer;
selectively etching the top layer of the island of additional coverage;
the hole is formed, for example, by anisotropic etching of the dielectric layer and the upper layer of the additional coating;
-after applying the second conductive film, selective etching of the upper layer of the additional coating is carried out through tearing of the second conductive film until it is removed, as a result of which a protruding part of the second conductive film is formed having a length equal to the thickness of the upper layer of the additional coating;
the dielectric layer is applied by deposition from mixtures of silicon-containing compounds and gases from the group of oxygen, nitrogen, nitrous oxide, ammonia at a temperature of 150 450 o C.
Ограничения геометрических параметров заявляемого источника электронов, связанные со способом его изготовления, имеют следующие обоснования. При расстоянии от выступающей части второй проводящей пленки до поверхности части второй проводящей пленки, расположенном на первой проводящей пленке в отверстии, меньшем 0,05 мкм, невозможно реализовать стабильную структуру вследствие возможности закоротки электродов, образующих вакуумный зазор, микровыступами проводящих пленок. При расстоянии больше 5 мкм повышается вероятность утечек и микропробоев на различных участках структуры, т.е. снижается стабильность и надежность, так как при таком расстоянии необходимо использовать более высокое напряжение для обеспечения необходимой величины напряженности электрического поля. Limitations of the geometric parameters of the claimed electron source associated with the method of its manufacture have the following justifications. When the distance from the protruding part of the second conductive film to the surface of the part of the second conductive film located on the first conductive film in the hole is less than 0.05 μm, it is impossible to realize a stable structure due to the possibility of short-circuiting of the electrodes forming the vacuum gap by microprotrusions of the conductive films. At a distance of more than 5 μm, the probability of leaks and micro-breakdowns in different parts of the structure increases, i.e. stability and reliability are reduced, since at such a distance it is necessary to use a higher voltage to provide the necessary magnitude of the electric field strength.
При толщинах второй проводящей пленки, превышающих десятикратную величину расстояния от торца выступающей части второй проводящей пленки до поверхности первой проводящей пленки, повышается вероятность смыкания электродов, образующих вакуумный зазор. When the thickness of the second conductive film is more than ten times the distance from the end face of the protruding part of the second conductive film to the surface of the first conductive film, the likelihood of closing electrodes forming a vacuum gap increases.
При разности диаметров расширяющейся и нерасширяющейся частей меньше удвоенной суммы толщины дополнительного покрытия и величины рассовмещения при литографии не обеспечивается формирование воспроизводимого разрыва второй проводящей пленки над расширяющейся частью отверстия ввиду отсутствия необходимой области геометрической тени при напылении второй проводящей пленки. При разности диаметров, превышающей восьмикратную толщину диэлектрического слоя, не обеспечивается воспроизведение геометрических параметров структуры, например, вакуумного зазора из-за деформаций части диэлектрического слоя, нависающей над расширяющейся частью отверстия вследствие наличия механических напряжений в слоях. Это приводит к невоспроизводимости электрофизических параметров источника электронов, снижению выхода годных и надежности. When the diameter difference between the expanding and non-expanding parts is less than twice the sum of the thickness of the additional coating and the misregistration value, lithography does not provide the formation of a reproducible rupture of the second conductive film over the expanding part of the hole due to the absence of the necessary region of geometric shadow when spraying the second conductive film. When the diameter difference exceeds eight times the thickness of the dielectric layer, the geometric parameters of the structure, for example, the vacuum gap, are not reproduced due to deformations of the part of the dielectric layer hanging over the expanding part of the hole due to the presence of mechanical stresses in the layers. This leads to the irreproducibility of the electrophysical parameters of the electron source, lower yield and reliability.
Заявленные параметры, характеризующие соотношение размеров конструктивных элементов источника, обеспечивают наиболее выгодную конфигурацию полей, обеспечивающих оптимальные электрофизические характеристики. The claimed parameters characterizing the ratio of the size of the structural elements of the source, provide the most favorable configuration of the fields, providing optimal electrophysical characteristics.
В предлагаемом устройстве имеет место повышение выхода годных, стабильности и воспроизводимости электрофизических параметров за счет того, что роль изолятора между вытягивающим электродом и автоэмиссионным катодом выполняет диэлектрический слой, толщина которого выбирается из условий оптимальных характеристик изоляции, а не расстояния между вытягивающим электродом и острием автоэмиссионного катода. В предлагаемом устройстве также снижается рабочее напряжение за счет того, что между автоэмиссионным катодом и вытягивающим электродом отсутствует диэлектрическая пленка. Кроме того, в предлагаемом устройстве расширяются технологические возможности его реализации в части применения в качестве материала, из поверхности которой осуществляется вторичная электронная эмиссия, например, полупроводников, металлов и их сплавов. In the proposed device, there is an increase in the yield, stability and reproducibility of electrophysical parameters due to the fact that the role of the insulator between the extraction electrode and the field emission cathode is played by a dielectric layer, the thickness of which is selected from the conditions of optimal insulation characteristics, and not the distance between the extraction electrode and the edge of the field emission cathode . The proposed device also reduces the operating voltage due to the fact that between the field emission cathode and the extraction electrode there is no dielectric film. In addition, the proposed device expands the technological capabilities of its implementation in terms of use as a material from the surface of which secondary electronic emission of, for example, semiconductors, metals and their alloys takes place.
Повышение выхода годных и надежности изделий достигается за счет того, что способ изготовления включает формирование островков дополнительного покрытия, фиксирующих размеры расширяющейся области отверстий, зазор между острием торца автоэмиссионного катода и вытягивающим электродом и величину части второй проводящей пленки, выступающей в расширяющуюся часть отверстия. Кроме того, повышается воспроизводимость формы острия автоэмиссионного катода за счет более равномерного запыления стенок отверстия по его контуру при формировании второй проводящей пленки, что повышает воспроизводимость электрофизических параметров источника электронов. Improving the yield and reliability of the products is achieved due to the fact that the manufacturing method includes the formation of islands of additional coating, fixing the size of the expanding region of the holes, the gap between the tip of the end of the field emission cathode and the drawing electrode and the size of the part of the second conductive film protruding into the expanding part of the hole. In addition, the reproducibility of the shape of the tip of the field emission cathode increases due to a more uniform dusting of the walls of the hole along its contour during the formation of the second conductive film, which increases the reproducibility of the electrophysical parameters of the electron source.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение сечения предлагаемого источника электронов, состоящего из изолирующей подложки 1, первой проводящей пленки 2, изолирующего слоя 3 держателя катода, отверстия 4 с расширяющейся частью 5, второй проводящей пленки 6,7,8 с выступающей частью 9 и торцом 10, имеющим зазор 11 относительно части 8 второй проводящей пленки и первой проводящей пленки 2. In FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the proposed electron source, consisting of an insulating
На фиг.3-11 представлена последовательность изготовления источника электронов по предлагаемому способу в виде схематического изображения сечения устройства на различных этапах изготовления:
На фиг.3 после формирования на изолирующей подложке 1 рисунка по первой проводящей пленке 2.Figure 3-11 shows the sequence of manufacture of the electron source according to the proposed method in the form of a schematic representation of the cross section of the device at various stages of manufacture:
Figure 3 after forming on the insulating
На фиг. 4 после нанесения нижнего слоя 3 и верхнего слоя 4 дополнительного покрытия. In FIG. 4 after applying the
На фиг.5 после формирования островка 5 дополнительного покрытия. Figure 5 after the formation of the
На фиг.6 после нанесения диэлектрического слоя 6. Figure 6 after applying the
На фиг. 7 после формирования окна 7 до нижнего слоя дополнительного покрытия. In FIG. 7 after the formation of the
На фиг.8 после травления нижнего слоя дополнительного покрытия. On Fig after etching of the lower layer of the additional coating.
На фиг.9 после нанесения второй проводящей пленки 8,9. In Fig.9 after applying the second conductive film of 8.9.
На фиг. 10 после травления верхнего слоя дополнительного покрытия с образованием выступающей части 10 с торцем 11. In FIG. 10 after etching of the upper layer of the additional coating with the formation of the protruding
На фиг.11 после формирования рисунка 12 по второму проводящему слою. 11, after the formation of Figure 12 along the second conductive layer.
Источник электронов (фиг.2) включает изолирующую подложку 1 с расположенной на ней первой проводящей пленкой 2, образующей токоведущие дорожки и электрод, вытягивающий электроны из автоэмиссионного катоды и имеющий область поверхности, из которой осуществляется вторичная электронная эмиссия, диэлектрический слой 3 держателя катода с отверстием 4, имеющим расширяющуюся часть 56 вторую проводящую пленку 6, расположенную на поверхности диэлектрического слоя и имеющую часть 7, расположенную на стенках отверстия, исключая стенки расширяющейся части отверстия, часть 9, выступающую в расширяющуюся часть отверстия, торец 10, который имеет острие, из которого осуществляется автоэлектронная эмиссия, и часть 8, расположенную на первой проводящей пленке в отверстии. Выступающая в расширяющуюся часть отверстия часть второй проводящей пленки направлена к краю находящейся в отверстии на первой проводящей пленке части второй проводящей пленки. Между острием и первой проводящей пленкой, а также острием и частью второй проводящей пленки в отверстии на первой проводящей пленке имеется вакуумный зазор 11. The electron source (figure 2) includes an insulating
Источник электронов (фиг. 2) функционирует следующим образом. Под действием электрического поля, создаваемого в вакуумном зазоре разностью потенциалов, приложенных к вытягивающему электроду, образованному первой проводящей пленкой 2 с расположенной на ней частью второй проводящей пленки 8, и автоэмиссионному катоду, образованному частями 6,7,9,10 второй проводящей пленки, возникает автоэлектронная эмиссия из торца 10 выступающей части 9 второй проводящей пленки. Формируется поток электронов, который бомбардирует открытую часть поверхности первой проводящей пленки 2 в окне и часть 8 поверхности второй проводящей пленки в окне. В результате возникает вторичная эмиссия электронов и формируется поток вторичных электронов, эмиттируемый источником электронов. При использовании источника электронов в матрицах элементов изображения катодолюминесцентного экрана вблизи источника размещается анод с расположенным на нем слоем катодолюминесцентного материала, при бомбардировке которого электронами возникает свечение. Меняя величину потенциалов на электродах осуществляют управление плотностью и энергией потоков электронов. The electron source (Fig. 2) operates as follows. Under the action of an electric field created in the vacuum gap by the potential difference applied to the drawing electrode formed by the first
Возможность реализации способа изготовления источника электронов подтверждается примером. The possibility of implementing a method of manufacturing an electron source is confirmed by an example.
Пример. Изготовление источника электронов включает следующие операции. На стеклянную подложку наносят пленку хрома и формируют по ней рисунок. Наносят слой алюминия толщиной 0,15 мкм и методом фотолитографии формируют над хромовыми элементами алюминиевые островки. Наносят пленку кремния толщиной 0,15 мкм методом магнетронного распыления мишени на установке типа 01НИ-7-006 при температуре подложки 150oC. Методом фотолитографии формируют островки по слою кремния, топологически совпадающие с островками алюминия над хромовыми элементами. Травление кремния осуществляют в травителе на основе азотной и плавиковой кислот. Наносят слой двуокиси кремния толщиной 1 мкм плазмохимическим методом. Формируют из фоторезиста маску под травление отверстий над островками и методом реактивного ионно-плазменного травления на установке типа 08ПХО-100Т-005 во фторосодержащей плазме травят слой двуокиси кремния и слой кремния до слоя алюминия. Удаляют маску из фоторезиста в кислородсодержащей плазме и вытравливают островки алюминия через отверстия. Наносят вторую пленку хрома толщиной 0,15 мкм из направленного источника методом магнетронного распыления мишени при температуре подложки 200oC на установке типа 01НИ-7-006 и проводят травление кремния через разрыв во второй пленке хрома в травителе на основе азотной и плавиковой кислот. Методом фотолитографии формируют рисунок по второй пленке хрома, а затем наносят вторую пленку алюминия и формируют контактные площадки.Example. The manufacture of an electron source includes the following operations. A chromium film is applied to the glass substrate and a pattern is formed on it. A layer of aluminum with a thickness of 0.15 μm is applied and aluminum islands are formed over the chrome elements by photolithography. A 0.15 μm thick silicon film is deposited by magnetron sputtering of a target using a 01NI-7-006 type apparatus at a substrate temperature of 150 o C. The islands are formed by the silicon layer by photolithography and coincide topologically with the islands of aluminum above the chromium elements. Silicon etching is carried out in an etchant based on nitric and hydrofluoric acids. Apply a layer of silicon dioxide with a thickness of 1 μm by plasma-chemical method. A mask is formed from the photoresist for etching the holes over the islands and using a reactive ion-plasma etching method on a 08PHO-100T-005 type apparatus in a fluorine-containing plasma, a silicon dioxide layer and a silicon layer are etched to an aluminum layer. Remove the mask from the photoresist in an oxygen-containing plasma and etch the aluminum islands through the holes. A second chromium film 0.15 μm thick is applied from a directional source by magnetron sputtering of the target at a substrate temperature of 200 ° C using a 01NI-7-006 type apparatus and silicon is etched through a gap in a second chromium film in an etchant based on nitric and hydrofluoric acids. Using photolithography, a pattern is formed on a second chromium film, and then a second aluminum film is applied and pads are formed.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96103426/07A RU2089001C1 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Source of electrons and method of its manufacture |
PCT/RU1997/000051 WO1998025287A1 (en) | 1996-02-29 | 1997-03-03 | Electron source and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96103426/07A RU2089001C1 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Source of electrons and method of its manufacture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2089001C1 true RU2089001C1 (en) | 1997-08-27 |
RU96103426A RU96103426A (en) | 1997-11-27 |
Family
ID=20177230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96103426/07A RU2089001C1 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Source of electrons and method of its manufacture |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2089001C1 (en) |
WO (1) | WO1998025287A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629013C2 (en) * | 2015-07-06 | 2017-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Auto-emission super-frequency diode and method of its manufacture |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW403931B (en) | 1998-01-16 | 2000-09-01 | Sony Corp | Electron emitting apparatus, manufacturing method therefor and method of operating electron emitting apparatus |
TWI260669B (en) * | 2005-07-26 | 2006-08-21 | Ind Tech Res Inst | Field emission light-emitting device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3789471A (en) * | 1970-02-06 | 1974-02-05 | Stanford Research Inst | Field emission cathode structures, devices utilizing such structures, and methods of producing such structures |
SU376826A1 (en) * | 1971-03-09 | 1973-04-05 | C P AND WITH A N AND E YOUR INVENTIONS | |
US5412285A (en) * | 1990-12-06 | 1995-05-02 | Seiko Epson Corporation | Linear amplifier incorporating a field emission device having specific gap distances between gate and cathode |
US5348182A (en) * | 1991-03-05 | 1994-09-20 | Portola Packaging, Inc. | Means for attaching fitment and method of applying fitment |
DE69331709D1 (en) * | 1993-01-19 | 2002-04-18 | Leonid Danilovic Karpov | FIELD EFFECT EMISSION DEVICE |
US5473218A (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-05 | Motorola, Inc. | Diamond cold cathode using patterned metal for electron emission control |
-
1996
- 1996-02-29 RU RU96103426/07A patent/RU2089001C1/en not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-03-03 WO PCT/RU1997/000051 patent/WO1998025287A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 376826, кл. H 01 J 1/30, 1973. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2629013C2 (en) * | 2015-07-06 | 2017-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Auto-emission super-frequency diode and method of its manufacture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1998025287A1 (en) | 1998-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4926056A (en) | Microelectronic field ionizer and method of fabricating the same | |
US4095133A (en) | Field emission device | |
US4168213A (en) | Field emission device and method of forming same | |
US5302238A (en) | Plasma dry etch to produce atomically sharp asperities useful as cold cathodes | |
EP0501785A2 (en) | Electron emitting structure and manufacturing method | |
US20040043219A1 (en) | Pattern forming method for carbon nanotube, and field emission cold cathode and method of manufacturing the cold cathode | |
JPS6226821A (en) | Rf sputter/etching apparatus | |
US6258287B1 (en) | Method and apparatus for low energy electron enhanced etching of substrates in an AC or DC plasma environment | |
US5415719A (en) | Two parallel plate electrode type dry etching apparatus | |
US7981305B2 (en) | High-density field emission elements and a method for forming said emission elements | |
US5965898A (en) | High aspect ratio gated emitter structure, and method of making | |
US6010918A (en) | Gate electrode structure for field emission devices and method of making | |
US5496200A (en) | Sealed vacuum electronic devices | |
RU2089001C1 (en) | Source of electrons and method of its manufacture | |
US6039621A (en) | Gate electrode formation method | |
JPH08319588A (en) | Plasma etching device | |
JP4576011B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JPS60246546A (en) | Grid for ion beam device | |
JP2569816B2 (en) | Dry etching equipment | |
JP2574838B2 (en) | Al sputter etching equipment | |
RU96103426A (en) | SOURCE OF ELECTRONS AND METHOD OF ITS PRODUCTION | |
KR100278502B1 (en) | Manufacturing method of volcanic metal FEA with double gate | |
KR100370414B1 (en) | Method for etching hole in electric field effect electron emission device | |
JPH07207471A (en) | Plasma etching device | |
US6664721B1 (en) | Gated electron field emitter having an interlayer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050301 |