RU2391738C2 - Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes - Google Patents

Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes Download PDF

Info

Publication number
RU2391738C2
RU2391738C2 RU2008104397/28A RU2008104397A RU2391738C2 RU 2391738 C2 RU2391738 C2 RU 2391738C2 RU 2008104397/28 A RU2008104397/28 A RU 2008104397/28A RU 2008104397 A RU2008104397 A RU 2008104397A RU 2391738 C2 RU2391738 C2 RU 2391738C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
holes
carbon nanotubes
formation
anode
Prior art date
Application number
RU2008104397/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008104397A (en
Inventor
Геннадий Яковлевич Красников (RU)
Геннадий Яковлевич Красников
Николай Алексеевич Зайцев (RU)
Николай Алексеевич Зайцев
Олег Павлович Гущин (RU)
Олег Павлович Гущин
Сергей Николаевич Орлов (RU)
Сергей Николаевич Орлов
Юлия Михайловна Пастухова (RU)
Юлия Михайловна Пастухова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" filed Critical Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон"
Priority to RU2008104397/28A priority Critical patent/RU2391738C2/en
Publication of RU2008104397A publication Critical patent/RU2008104397A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2391738C2 publication Critical patent/RU2391738C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: field emission element comprises substrate (1), cathode structure (7, 8, 9) made of one or several layers of electroconductive material and support structure (10, 11, 12) arranged on outer surface of mentioned substrate and consisting of one dielectric layer or several dielectric and electroconductive layers arranged on upper surface of specified cathode structure and comprising through holes, inside which emission cathodes are formed in the form of carbon nanotubes (6) located on outer surface of cathode structure perpendicularly to this surface, anode layer (14) from electroconductive material arranged on outer surface of specified support structure and comprising technological holes matched with specified holes in support structure. Creation of anode and formation of cathode (application of carbon nanotubes) are executed in a single technological cycle without additional operation of matching anodes with cathode structure.
EFFECT: increased evenness of current and reduced working voltages in emission instruments of vacuum microelectronics on the basis of carbon nanotubes.
4 cl, 12 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к приборам вакуумной микроэлектроники, в частности к полевым эмиссионным элементам с углеродными нанотрубками, используемыми в качестве катодов: к триодам и диодам, к устройствам на их основе: полевым эмиссионным дисплеям, вакуумным микроэлектронным переключателям токов, силовым приборам и др.The invention relates to vacuum microelectronics devices, in particular to field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes: to triodes and diodes, to devices based on them: field emission displays, vacuum microelectronic current switches, power devices, etc.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Полевой эмиссионный элемент может формироваться в виде триода, состоящего из катода с углеродными нанотрубками, сетки с управляющим напряжением и анода, или в виде диода, состоящего из катода с углеродными нанотрубками и анода. Эффективность работы полевого эмиссионного элемента определяется током эмиссии, которая в свою очередь зависит от материала электрода и расстояния между анодом и катодом.The field emission element can be formed in the form of a triode consisting of a cathode with carbon nanotubes, a grid with a control voltage and an anode, or in the form of a diode consisting of a cathode with carbon nanotubes and an anode. The efficiency of the field emission element is determined by the emission current, which in turn depends on the electrode material and the distance between the anode and cathode.

Высокими эмиссионными свойствами обладают углеродные материалы. Известен способ получения холодно-эмиссионных пленочных катодов (пат. RU №2194328) в виде подложки с нанесенной на нее углеродной пленкой, позволяющей получать высокую плотность эмиссионных токов 0,15-0,5 А/см2. Осаждение углеродной пленки проводится при температуре 700-1100°С. Углеродная пленка представляет собой структуру, состоящую из углеродных микро- и наноребер или микро- и нанонитей, ориентированных перпендикулярно поверхности подложки, с характерным масштабом от 0,05 до 1 мкм. Особенности технологии формирования эмиссионных катодов на основе углеродных материалов (такие как высокая температура осаждения, недопустимость осаждения других слоев на сформированную эмиссионную поверхность) затрудняют создание интегрированных эмиссионных элементов (диодов и триодов), что требует разработки новых структур полевых эмиссионных элементов и технологии их получения.Carbon materials possess high emission properties. A known method of producing cold-emission film cathodes (US Pat. RU No. 2194328) in the form of a substrate with a carbon film deposited on it, allowing to obtain a high density of emission currents of 0.15-0.5 A / cm 2 . The deposition of the carbon film is carried out at a temperature of 700-1100 ° C. A carbon film is a structure consisting of carbon micro- and nanowires or micro- and nanowires oriented perpendicular to the surface of the substrate, with a characteristic scale of 0.05 to 1 μm. Features of the technology for the formation of emission cathodes based on carbon materials (such as a high deposition temperature, the inadmissibility of deposition of other layers on the formed emission surface) make it difficult to create integrated emission elements (diodes and triodes), which requires the development of new structures of field emission elements and the technology for their preparation.

Наиболее близкое к предлагаемому техническому решению устройство показано в статье [1], в которой описаны конструкция и способ изготовления полевого эмиссионного триода с избирательно выращенными углеродными нанотрубками. Конструкция триода [1] содержит полупроводниковую подложку с расположенными на ней катодом с углеродными нанотрубками, сетку с управляющим напряжением и анод. Катод формируется при использовании селективного осаждения углеродных нанотрубок методом химического осаждения в плазме (MPCVD).The closest device to the proposed technical solution is shown in article [1], which describes the design and method of manufacturing a field emission triode with selectively grown carbon nanotubes. The design of the triode [1] contains a semiconductor substrate with a cathode with carbon nanotubes located on it, a grid with a control voltage, and an anode. A cathode is formed using selective deposition of carbon nanotubes by plasma chemical deposition (MPCVD).

Процесс изготовления полевых эмиссионных триодов с углеродными нанотрубками представлен на фиг.1, 2, 3, 4. Изготовление элементов начинается с окисления кремния (подложки 1) до оксида кремния (слой 2) толщиной 450 нм и осаждения поликристаллического кремния (слой 3) с толщиной 200 нм. Слой поликристаллического кремния легируется из POCl3 источника. При проведении фотолитографии на поверхности поликристаллического кремния формируется маска фоторезиста (слой 4), далее слои травятся до поверхности кремния при использовании реактивного ионного травления, как показано на фиг.1. Образец с нанесенным рисунком помещается в жидкостной травитель. Состав травителя выбирается экспериментально таким образом, чтобы обеспечить боковое травление слоя поликристаллического кремния (слой 3) через отверстия в фоторезисте. Затем осаждается тонкий слой никеля (фиг.2), толщиной 15 нм, используемый в качестве слоя катализатора для роста углеродных нанотрубок. Далее проводится жидкостное удаление фоторезистивной маски и слоя никеля, нанесенного на поверхность фоторезиста, как показано на фиг.3. После этого на поверхность никеля осаждаются углеродные нанотрубки посредством MPCVD, как показано на фиг.4. В качестве реактивных газов используются СН4, N2 и Н2, их скорости потоков составляют 20, 80 и 80 см3/сек, соответственно. Мощность микроволнового излучения составляет 1,2 кВт. Давление в камере поддерживается на уровне 40 Торр. Температура подложки поддерживается около 600°С. Время осаждения составляет 10 мин.The manufacturing process of field emission triodes with carbon nanotubes is shown in FIGS. 1, 2, 3, 4. The production of elements begins with oxidation of silicon (substrate 1) to silicon oxide (layer 2) 450 nm thick and the deposition of polycrystalline silicon (layer 3) with a thickness 200 nm. The polycrystalline silicon layer is doped from a POCl 3 source. During photolithography, a photoresist mask (layer 4) is formed on the surface of polycrystalline silicon, then the layers are etched to the silicon surface using reactive ion etching, as shown in Fig. 1. The patterned sample is placed in a liquid etchant. The composition of the etchant is chosen experimentally in such a way as to provide lateral etching of the polycrystalline silicon layer (layer 3) through the holes in the photoresist. Then a thin nickel layer is deposited (FIG. 2), 15 nm thick, used as a catalyst layer for the growth of carbon nanotubes. Next, the liquid is removed by a photoresist mask and a nickel layer deposited on the surface of the photoresist, as shown in FIG. Thereafter, carbon nanotubes are deposited onto the nickel surface by MPCVD, as shown in FIG. 4. As reactive gases, CH 4 , N 2 and H 2 are used ; their flow rates are 20, 80 and 80 cm 3 / s, respectively. Microwave power is 1.2 kW. The pressure in the chamber is maintained at 40 Torr. The temperature of the substrate is maintained at about 600 ° C. The deposition time is 10 minutes

Углеродные нанотрубки селективно осаждаются в эмиттерные области. Отверстие сетки имеет диаметр 4 мкм. Область полевой эмиссии представляет собой матрицу из 16 (4×4) триодных устройств. Межэлектродный зазор между сеткой и эмиттером формируется жидкостным травлением и составляет 0,6 мкм для предотвращения соединения сетки из поликристаллического кремния и эмиттера из углеродных нанотрубок. В качестве анода используется пленка алюминия.Carbon nanotubes are selectively deposited in emitter regions. The mesh hole has a diameter of 4 μm. The field emission region is a matrix of 16 (4 × 4) triode devices. The interelectrode gap between the grid and the emitter is formed by liquid etching and is 0.6 μm to prevent the connection of the polycrystalline silicon network and the carbon nanotube emitter. An aluminum film is used as the anode.

В прототипе анод совмещается с областью углеродных нанотрубок механически посредством фигур совмещения, что может привести к смещению анода относительно области углеродных нанотрубок и к неполному покрытию анодом некоторых областей с углеродными нанотрубками. Еще одна проблема совмещения заключается в том, что при совмещении анода и областей с углеродными нанотрубками посредством фигур совмещения может произойти перекос конструкции, что может привести к неодинаковым расстояниям между анодом и областями с углеродными нанотрубками и, как следствие, к неравномерной плотности тока эмиссии из разных областей с углеродными нанотрубками.In the prototype, the anode is aligned mechanically with the region of carbon nanotubes by means of alignment figures, which can lead to displacement of the anode relative to the region of carbon nanotubes and to incomplete coverage of some areas with carbon nanotubes by the anode. Another alignment problem is that when aligning the anode and regions with carbon nanotubes by means of alignment figures, a design skew can occur, which can lead to unequal distances between the anode and regions with carbon nanotubes and, as a result, to uneven emission current density from different areas with carbon nanotubes.

Предлагаемая технология позволяет устранить эти проблемы, т.к. создание анода и формирование катода (нанесение углеродных нанотрубок) происходит в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой. При таком технологическом маршруте закрываются все области с нанотрубками, уменьшается разброс расстояний между катодами и анодами, что повышает стабильность работы прибора и обеспечивает уменьшение разброса токовых характеристик отдельных полевых эмиссионных элементов с углеродными нанотрубками.The proposed technology eliminates these problems, because the creation of the anode and the formation of the cathode (deposition of carbon nanotubes) takes place in a single technological cycle without the additional operation of combining the anodes with the cathode structure. With this technological route, all areas with nanotubes are closed, the dispersion of the distances between the cathodes and anodes is reduced, which increases the stability of the device and provides a decrease in the spread of the current characteristics of individual field emission elements with carbon nanotubes.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении равномерности тока и уменьшении рабочих напряжений в полевых эмиссионных элементах на основе углеродных нанотрубок за счет уменьшения расстояния между катодом и анодом при формировании катода на основе углеродных нанотрубок и анода в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой.The problem to which this invention is directed is to achieve a technical result consisting in increasing current uniformity and reducing operating voltages in field emission elements based on carbon nanotubes by reducing the distance between the cathode and anode when forming a cathode based on carbon nanotubes and anode in a single technological cycle without the additional operation of combining the anodes with the cathode structure.

Поставленная задача решается в конструкции полевого эмиссионного элемента, содержащего подложку, катодную структуру, состоящую из одного или нескольких слоев электропроводящего материала и расположенную на внешней поверхности упомянутой диэлектрической подложки, опорную структуру, состоящую из одного диэлектрического слоя или нескольких диэлектрических и электропроводящих слоев, расположенную на верхней поверхности упомянутой катодной структуры и содержащую сквозные отверстия для формирования эмиссионных катодов, выполненных в виде углеродных нанотрубок, расположенных в упомянутых отверстиях опорной структуры на внешней поверхности катодной структуры перпендикулярно данной поверхности, анодный слой из электропроводящего материала, расположенный на внешней поверхности упомянутой опорной структуры и содержащий технологические отверстия, совмещенные с упомянутыми отверстиями в опорной структуре, отличающейся тем, что создание анода и формирование катода (нанесение углеродных нанотрубок) происходит в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой.The problem is solved in the design of a field emission element containing a substrate, a cathode structure consisting of one or more layers of electrically conductive material and located on the outer surface of the said dielectric substrate, a support structure consisting of one dielectric layer or several dielectric and electrically conductive layers located on the upper the surface of said cathode structure and containing through holes for forming emission cathodes made in in the form of carbon nanotubes located in the aforementioned holes of the support structure on the outer surface of the cathode structure perpendicular to this surface, an anode layer of electrically conductive material located on the outer surface of the said support structure and containing technological holes aligned with said holes in the support structure, characterized in that anode and cathode formation (deposition of carbon nanotubes) takes place in a single technological cycle without additional opera ii alignment anodes with the cathode structure.

Таким образом, отличительным признаком изобретения является то, что на поверхности катодной структуры располагается опорная структура, содержащая сквозные отверстия, на поверхности катодной структуры имеются углеродные нанотрубки, расположенные в отверстиях опорной структуры на внешней поверхности катодной структуры перпендикулярно данной поверхности, на поверхности опорной структуры расположен анодный слой из электропроводящего материала, содержащий технологические отверстия, совмещенные с упомянутыми отверстиями в опорной структуре, и формирование катода при осаждении углеродных нанотрубок происходит в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой. Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении равномерности тока и уменьшении рабочих напряжений в полевых эмиссионных элементах на основе углеродных нанотрубок за счет уменьшения расстояния между катодом и анодом при формировании катода на основе углеродных нанотрубок и анода в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой.Thus, the hallmark of the invention is that on the surface of the cathode structure there is a support structure containing through holes, on the surface of the cathode structure there are carbon nanotubes located in the holes of the support structure on the outer surface of the cathode structure perpendicular to this surface, on the surface of the support structure is anode a layer of electrically conductive material containing technological holes aligned with said holes in the support ukture, and forming the cathode during the deposition of carbon nanotubes takes place in a single process cycle without additional operation of combining the anodes to the cathode structure. The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result, which consists in increasing the current uniformity and reducing operating voltages in field emission elements based on carbon nanotubes by reducing the distance between the cathode and anode when forming a cathode based on carbon nanotubes and anode in a single technological cycle without additional operation alignment of the anodes with the cathode structure.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

фиг.1 - формирование отверстий в многослойной структуре прототипа;figure 1 - the formation of holes in the multilayer structure of the prototype;

фиг.2 - нанесение тонкого слоя никеля;figure 2 - applying a thin layer of Nickel;

фиг.3 - удаление никеля с поверхности;figure 3 - the removal of Nickel from the surface;

фиг.4 - рост углеродных нанотрубок в структуре прототипа;figure 4 - the growth of carbon nanotubes in the structure of the prototype;

фиг.5 - формирование многослойной структуры, состоящей из подложки (1), токоведущего слоя (7), адгезионного слоя (8), каталитического слоя (9), первого изолирующего слоя (10), электропроводящего слоя (11), второго изолирующего слоя (12);figure 5 - the formation of a multilayer structure consisting of a substrate (1), a conductive layer (7), an adhesive layer (8), a catalytic layer (9), a first insulating layer (10), an electrically conductive layer (11), a second insulating layer ( 12);

фиг.6 - формирование отверстий во втором изолирующего слоя и в электропроводящем слое;6 is the formation of holes in the second insulating layer and in the conductive layer;

фиг.7 - формирование отверстий в первом изолирующем слое;Fig.7 - the formation of holes in the first insulating layer;

фиг.8 - формирование структуры жертвенного слоя;Fig - formation of the structure of the sacrificial layer;

фиг.9 - нанесение анодного слоя;Fig.9 - the application of the anode layer;

фиг.10 - формирование структуры анодного слоя;figure 10 - formation of the structure of the anode layer;

фиг.11 - травление жертвенного слоя;11 - etching of the sacrificial layer;

фиг.12 - осаждение углеродных нанотрубок на поверхность каталитического слоя.Fig - deposition of carbon nanotubes on the surface of the catalytic layer.

Обозначение слоев: 1 - подложка; 2 - оксид кремния; 3 - поликристаллический кремний; 4 - фоторезист; 5 - никель; 6 - углеродные нанотрубки; 7 - токоведущий слой; 8 - адгезионный слой; 9 - каталитический слой; 10 - первый изолирующий слой; 12 - электропроводящий слой; 13 - второй изолирующий слой; 14 - жертвенный слой; 15 - анодный слой.Designation of layers: 1 - substrate; 2 - silicon oxide; 3 - polycrystalline silicon; 4 - photoresist; 5 - nickel; 6 - carbon nanotubes; 7 - current-carrying layer; 8 - adhesive layer; 9 - catalytic layer; 10 - the first insulating layer; 12 - conductive layer; 13 - second insulating layer; 14 - sacrificial layer; 15 - anode layer.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Разработана технология изготовления эмиссионного триода на поверхности кремниевых пластин диаметром 100 мм, включающая следующие операции: формирование на поверхности пластины методом окисления кремния пленки SiO2 толщиной 0,45 мкм; магнетронное напыление токоведущего слоя Nb толщиной 0,5 мкм, адгезионного слоя TiN толщиной 0,04 мкм и каталитического слоя Ni толщиной 0,02 мкм; формирование структуры каталитического слоя при проведении проекционной фотолитографии и жидкостного химического травления пленки Ni (0,02 мкм), формирование структуры проводников при проведении проекционной фотолитографии и плазмохимического травления (ПХТ) пленки TiN (0,04 мкм) и пленки Nb (0,5 мкм); плазмохимическое осаждение первого изолирующего слоя Si3N4 толщиной 1,0 мкм; магнетронное напыление электропроводящего слоя Nb толщиной 0,3 мкм; формирование структуры проводников в электропроводящем слое Nb при проекционной фотолитографии и ПХТ Nb (0,3 мкм); плазмохимическое осаждение второго изолирующего слоя Si3N4 толщиной 1,0 мкм; формирование отверстий диаметром 3,6 мкм во втором изолирующем слое Si3N4 и в электропроводящем слое Nb при проекционной фотолитографии и ПХТ пленок Si3N4 (1,0 мкм), Nb (0,3 мкм); формирование отверстий диаметром 3,0 мкм в первом изолирующем слое Si3N4 в центре отверстий в электропроводящем слое Nb при проекционной фотолитографии и ПХТ Si3N4 (1,0 мкм); осаждение из кремнийорганического раствора планаризирующего жертвенного слоя SOG, полностью закрывающего сформированные отверстия и выступающего на высоту 0,23 мкм над поверхностью второго изолирующего слоя; формирование структуры жертвенного слоя SOG при проекционной фотолитографии и ПХТ слоя SOG; магнетронное напыление анодного слоя Nb толщиной 0,5 мкм; формирование в анодном слое Nb технологических отверстий диаметром 1,0 мкм, совмещенных с отверстиями в первом диэлектрическом слое Si3N4, и структуры проводников при проекционной фотолитографии и ПХТ слоя Nb (0,5 мкм); жидкостное химическое травление жертвенного слоя SOG через технологические отверстия в слое Nb; активизация поверхности каталитического слоя Ni при проведении отжига при температуре 600°С; термическое осаждение из газовой среды углеродных нанотрубок высотой от 0,9 до 1,2 мкм на поверхность слоя Ni через технологические отверстия в слое Nb при температуре 650°С.A technology has been developed for the manufacture of an emission triode on the surface of silicon wafers with a diameter of 100 mm, which includes the following operations: the formation of a SiO 2 film of a thickness of 0.45 μm on the surface of the wafer by silicon oxidation; magnetron sputtering of a current-carrying Nb layer with a thickness of 0.5 μm, an adhesive layer of TiN with a thickness of 0.04 μm and a catalytic layer of Ni with a thickness of 0.02 μm; the formation of the structure of the catalytic layer during projection photolithography and liquid chemical etching of the Ni film (0.02 μm), the formation of the structure of the conductors during projection photolithography and plasma chemical etching (PCT) of a TiN film (0.04 μm) and Nb film (0.5 μm ); plasma-chemical deposition of the first insulating layer of Si 3 N 4 with a thickness of 1.0 μm; magnetron sputtering of an electrically conductive Nb layer 0.3 μm thick; the formation of the structure of the conductors in the electrically conductive layer Nb during projection photolithography and PCT Nb (0.3 μm); plasma-chemical deposition of a second insulating layer of Si 3 N 4 with a thickness of 1.0 μm; the formation of holes with a diameter of 3.6 μm in the second insulating layer of Si 3 N 4 and in the conductive layer Nb during projection photolithography and PCT films of Si 3 N 4 (1.0 μm), Nb (0.3 μm); the formation of holes with a diameter of 3.0 μm in the first insulating layer of Si 3 N 4 in the center of the holes in the electrically conductive layer Nb with projection photolithography and PCT Si 3 N 4 (1.0 μm); deposition from an organosilicon solution of a planarizing sacrificial layer of SOG completely covering the formed holes and protruding to a height of 0.23 μm above the surface of the second insulating layer; the formation of the structure of the sacrificial SOG layer during projection photolithography and PCT of the SOG layer; magnetron sputtering of the anode layer Nb with a thickness of 0.5 μm; the formation in the anode layer of Nb of technological holes with a diameter of 1.0 μm, combined with holes in the first dielectric layer of Si 3 N 4 , and the structure of the conductors in projection photolithography and PCT Nb layer (0.5 μm); liquid chemical etching of the sacrificial SOG layer through technological holes in the Nb layer; activation of the surface of the catalytic layer of Ni during annealing at a temperature of 600 ° C; thermal vapor deposition of carbon nanotubes from 0.9 to 1.2 μm high on the surface of the Ni layer through technological holes in the Nb layer at a temperature of 650 ° C.

ЛитератураLiterature

1. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.22, NO.11. NOVEMBER 2001. Low-Tern On Voltage Field Emission Triodes With Selective Growth of Carbon Nanotubes. K.J.Chen, W.K.Hong, C.P.Lin, K.H.Chen, L.C.Chen and H.C.Cheng.1. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 22, NO. 11. NOVEMBER 2001. Low-Tern On Voltage Field Emission Triodes With Selective Growth of Carbon Nanotubes. K.J. Chen, W.K. Hong, C.P. Lin, K.H. Chen, L.C. Chen and H.C. Cheng.

Claims (4)

1. Полевой эмиссионный элемент, содержащий подложку, катодную структуру, состоящую из одного или нескольких слоев электропроводящего материала и расположенную на внешней поверхности упомянутой диэлектрической подложки, опорную структуру, состоящую из одного диэлектрического слоя или нескольких диэлектрических и электропроводящих слоев, расположенную на верхней поверхности упомянутой катодной структуры и содержащую сквозные отверстия для формирования эмиссионных катодов, выполненных в виде углеродных нанотрубок, расположенных в упомянутых отверстиях опорной структуры на внешней поверхности катодной структуры перпендикулярно данной поверхности, анодный слой из электропроводящего материала, расположенный на внешней поверхности упомянутой опорной структуры и содержащий технологические отверстия, совмещенные с упомянутыми отверстиями в опорной структуре, отличающийся тем, что создание анода и формирование катода (нанесение углеродных нанотрубок) происходит в едином технологическом цикле без дополнительной операции совмещения анодов с катодной структурой.1. Field emission element containing a substrate, a cathode structure consisting of one or more layers of electrically conductive material and located on the outer surface of said dielectric substrate, a support structure consisting of one dielectric layer or several dielectric and electrically conductive layers located on the upper surface of said cathode structures and containing through holes for the formation of emission cathodes made in the form of carbon nanotubes located in curled holes of the supporting structure on the outer surface of the cathode structure perpendicular to this surface, an anode layer of electrically conductive material located on the outer surface of the said supporting structure and containing technological holes combined with said holes in the supporting structure, characterized in that the creation of the anode and the formation of the cathode (deposition carbon nanotubes) occurs in a single technological cycle without the additional operation of combining the anodes with the cathode structure. 2. Полевой эмиссионный элемент по п.1, отличающийся тем, что эмиссионный катод изготовлен в виде углеродных нанотрубок, обладающих высокими эмиссионными свойствами и позволяющих увеличить токи эмиссии.2. The field emission element according to claim 1, characterized in that the emission cathode is made in the form of carbon nanotubes having high emission properties and allowing to increase emission currents. 3. Способ изготовления полевого эмиссионного элемента по п.1, позволяющий получить структуру эмиссионного триода и содержащий технологические этапы: формирование многослойной структуры, состоящей из подложки, катодной структуры, составленной из токоведущего слоя, расположенного на поверхности диэлектрической подложки, адгезионного слоя, расположенного на поверхности токоведущего слоя, каталитического слоя, расположенного на поверхности адгезионного слоя, опорной структуры, расположенной на поверхности каталитического слоя и составленной из первого изолирующего слоя, расположенного на поверхности каталитического слоя, затворного электропроводящего слоя, расположенного на поверхности первого изолирующего слоя, второго изолирующего слоя, расположенного на поверхности затворного электропроводящего слоя; формирование отверстий во втором изолирующем слое; формирование отверстий в затворном электропроводящем слое; формирование отверстий в первом изолирующем слое; нанесение жертвенного слоя; формирование структуры жертвенного слоя; нанесение анодного слоя; формирование технологических отверстий и структуры проводников в анодном слое; травление жертвенного слоя жидкостным химическим методом при поступлении раствора через технологические отверстия в анодном слое; активизация поверхности каталитического слоя при термической обработке; формирование углеродных нанотрубок на поверхности каталитического слоя внутри упомянутых отверстий в первом изолирующем слое; отличающийся тем, что упомянутый технологический этап формирования углеродных нанотрубок на поверхности каталитического слоя происходит при поступлении активной газовой среды к поверхности каталитического слоя через технологические отверстия в анодном слое.3. A method of manufacturing a field emission element according to claim 1, which allows to obtain the structure of the emission triode and comprising the technological steps: forming a multilayer structure consisting of a substrate, a cathode structure composed of a current-carrying layer located on the surface of the dielectric substrate, an adhesive layer located on the surface current-carrying layer, a catalytic layer located on the surface of the adhesive layer, a support structure located on the surface of the catalytic layer and composition made from a first insulating layer located on the surface of the catalytic layer, a gate electrically conductive layer located on the surface of the first insulating layer, a second insulating layer located on the surface of the gate electrically conductive layer; forming holes in the second insulating layer; the formation of holes in the gate conductive layer; forming holes in the first insulating layer; applying a sacrificial layer; the formation of the structure of the sacrificial layer; drawing an anode layer; the formation of technological holes and the structure of conductors in the anode layer; etching of the sacrificial layer by a liquid chemical method when the solution enters through technological holes in the anode layer; activation of the surface of the catalytic layer during heat treatment; the formation of carbon nanotubes on the surface of the catalytic layer inside the holes in the first insulating layer; characterized in that said technological step of forming carbon nanotubes on the surface of the catalytic layer occurs when active gas enters the surface of the catalytic layer through technological holes in the anode layer. 4. Способ изготовления полевого эмиссионного элемента по п.1, позволяющий получить структуру эмиссионного диода и содержащий технологические этапы: формирование многослойной структуры, состоящей из подложки, катодной структуры, составленной из токоведущего слоя, расположенного на поверхности диэлектрической подложки, адгезионного слоя, расположенного на поверхности токоведущего слоя, каталитического слоя, расположенного на поверхности адгезионного слоя, опорной структуры, расположенной на поверхности каталитического слоя и составленной из изолирующего слоя, расположенного на поверхности каталитического слоя; формирование отверстий в изолирующем слое; нанесение жертвенного слоя; формирование структуры жертвенного слоя; нанесение анодного слоя; формирование технологических отверстий и структуры проводников в анодном слое; травление жертвенного слоя жидкостным химическим методом при поступлении раствора через технологические отверстия в анодном слое; активизация поверхности каталитической пленки при термической обработке; формирование углеродных нанотрубок на поверхности каталитического слоя внутри упомянутых отверстий в изолирующем слое; отличающийся тем, что упомянутый технологический этап формирования углеродных нанотрубок на поверхности каталитического слоя происходит при поступлении активной газовой среды к поверхности каталитического слоя через технологические отверстия в анодном слое. 4. A method of manufacturing a field emission element according to claim 1, which allows to obtain a structure of an emission diode and comprising technological steps: forming a multilayer structure consisting of a substrate, a cathode structure composed of a current-carrying layer located on the surface of the dielectric substrate, an adhesive layer located on the surface current-carrying layer, a catalytic layer located on the surface of the adhesive layer, a support structure located on the surface of the catalytic layer and constituted isolated from an insulating layer located on the surface of the catalytic layer; forming holes in the insulating layer; applying a sacrificial layer; formation of the structure of the sacrificial layer; drawing an anode layer; the formation of technological holes and the structure of conductors in the anode layer; etching of the sacrificial layer by a liquid chemical method when the solution enters through technological holes in the anode layer; activation of the surface of the catalytic film during heat treatment; the formation of carbon nanotubes on the surface of the catalytic layer inside said openings in the insulating layer; characterized in that the aforementioned technological stage of the formation of carbon nanotubes on the surface of the catalytic layer occurs when the active gas medium enters the surface of the catalytic layer through technological holes in the anode layer.
RU2008104397/28A 2008-02-11 2008-02-11 Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes RU2391738C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104397/28A RU2391738C2 (en) 2008-02-11 2008-02-11 Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104397/28A RU2391738C2 (en) 2008-02-11 2008-02-11 Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008104397A RU2008104397A (en) 2009-08-20
RU2391738C2 true RU2391738C2 (en) 2010-06-10

Family

ID=41150491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008104397/28A RU2391738C2 (en) 2008-02-11 2008-02-11 Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2391738C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455724C1 (en) * 2010-11-13 2012-07-10 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Structure and method of making integrated field-emission elements having nanodiamond coating-based emitters
RU2579777C1 (en) * 2014-12-10 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Device based on carbon-containing cold cathodes arranged on semiconductor substrate, and method of making same
RU2590897C1 (en) * 2015-04-07 2016-07-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Field-emission element with cathodes based on carbon nanotubes and method of its making
RU2645153C1 (en) * 2017-06-07 2018-02-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук Method for forming the emitting surface of auto-emission cathodes
RU2680347C1 (en) * 2018-04-28 2019-02-19 Сергей Николаевич Веревкин Field triode
RU2763046C1 (en) * 2021-02-15 2021-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Field emission emitter with nanocrystalline diamond film
RU2794423C1 (en) * 2022-11-07 2023-04-18 Российская Федерация, он имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for manufacturing a microtriode cathode unit with a tubular cathode from a nanocrystalline diamond film (embodiments)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KJ. CHEN et all. Low-Tern On Voltage Field Emission Triodes With Selective Growth of Carbon Nanotubes. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, v.22, №11, 2001. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455724C1 (en) * 2010-11-13 2012-07-10 Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" Structure and method of making integrated field-emission elements having nanodiamond coating-based emitters
RU2579777C1 (en) * 2014-12-10 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Device based on carbon-containing cold cathodes arranged on semiconductor substrate, and method of making same
RU2590897C1 (en) * 2015-04-07 2016-07-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Field-emission element with cathodes based on carbon nanotubes and method of its making
RU2645153C1 (en) * 2017-06-07 2018-02-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук Method for forming the emitting surface of auto-emission cathodes
RU2680347C1 (en) * 2018-04-28 2019-02-19 Сергей Николаевич Веревкин Field triode
RU2763046C1 (en) * 2021-02-15 2021-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Field emission emitter with nanocrystalline diamond film
RU2794423C1 (en) * 2022-11-07 2023-04-18 Российская Федерация, он имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for manufacturing a microtriode cathode unit with a tubular cathode from a nanocrystalline diamond film (embodiments)
RU2794423C9 (en) * 2022-11-07 2023-05-26 Российская Федерация, он имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for manufacturing a microtriode cathode unit with a tubular cathode from a nanocrystalline diamond film (embodiments)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008104397A (en) 2009-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101042962B1 (en) Thermal cathode electron emitting vacuum channel transistor, diode and method of fabricating the same transistor
JP5242009B2 (en) Photovoltaic device using carbon nanowall
RU2391738C2 (en) Structure and method for manufacturing of field emission elements with carbon nanotubes used as cathodes
JPH0595140A (en) Manufacture of conductive tip comprising doped semiconductor material
JPH05152640A (en) Cold cathode emitter element
RU2455724C1 (en) Structure and method of making integrated field-emission elements having nanodiamond coating-based emitters
WO2009039338A1 (en) Dense array of field emitters using vertical ballasting structures
JP2011190156A (en) Selective growth method of carbon nanowall, and electronic device using carbon nanowall
JPH0794077A (en) Electronic device
JP5116961B2 (en) Diode using carbon nanowall
US8159119B2 (en) Vacuum channel transistor and manufacturing method thereof
JP2003100658A (en) Electronic device and method of manufacturing the same
CN111725040B (en) Preparation method of field emission transistor, field emission transistor and equipment
JP4312352B2 (en) Electron emission device
JP2005310724A (en) Field emission type electron source and manufacturing method for it
RU2590897C1 (en) Field-emission element with cathodes based on carbon nanotubes and method of its making
JP2023538528A (en) Deposition of low stress carbon-containing layer
JPH0945215A (en) Device having field emitter, and its manufacture
RU2794423C1 (en) Method for manufacturing a microtriode cathode unit with a tubular cathode from a nanocrystalline diamond film (embodiments)
JP4312331B2 (en) Electron emission device
RU2794423C9 (en) Method for manufacturing a microtriode cathode unit with a tubular cathode from a nanocrystalline diamond film (embodiments)
JP2012126113A (en) Method for manufacturing nanoimprint mold using metal deposition
CN112133752B (en) Diamond high-voltage field effect transistor on surface of composite terminal and manufacturing method thereof
JP4291965B2 (en) Manufacturing method of electron emission display device
JPH0897398A (en) Quatum effect device and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130801