RU2579777C1 - Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления - Google Patents
Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579777C1 RU2579777C1 RU2014149658/28A RU2014149658A RU2579777C1 RU 2579777 C1 RU2579777 C1 RU 2579777C1 RU 2014149658/28 A RU2014149658/28 A RU 2014149658/28A RU 2014149658 A RU2014149658 A RU 2014149658A RU 2579777 C1 RU2579777 C1 RU 2579777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- cathode assembly
- dielectric
- array
- current
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 101
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 6
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 5
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Использование: для изготовления полевых эмиссионных элементов на основе углеродных нанотрубок. Сущность изобретения заключается в том, что прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, содержит полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоит из токоведущего слоя катодного узла, каталитического слоя и массива углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности каталитического слоя перпендикулярно его поверхности, опорно-фокусирующую система, состоящая из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, содержит сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия, катодный узел дополнительно содержит слой проводящего материала, который расположен в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, высота углеродных нанотрубок одинакова по всей площади массива, на поверхности массива углеродных нанотрубок расположен слой интеркалированного материала, а токоведущий слой катодного узла и слой проводящего материала катодного узла обладают адгезионными свойствами. Технический результат: обеспечение возможности повышения тока эмиссии и временной стабильности этой величины. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Изобретение относится к приборам твердотельной и вакуумной электроники, в частности к полевым эмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок, используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе.
В настоящее время среди большого разнообразия используемых электронных приборов значительная доля принадлежит вакуумным электронным устройствам, принцип действия которых основан на использовании пучков электронов. Основным элементом таких электровакуумных приборов является источник электронов - катод.
В последние годы большой интерес вызывают исследования связанные с необычными физико-химическими свойствами углеродных нанотрубок (УНТ), благодаря которым УНТ являются привлекательным объектом не только фундаментальной науки, но и прикладного их использования.
Известно, что одно из важных фундаментальных свойств УНТ связано с ее высоким аспектным отношением, благодаря которому напряженность электрического поля в окрестности нанотрубки в сотни раз превышает среднее по объему значение, оцениваемое как отношение падения напряжения к величине межэлектродного промежутка. В результате эмиссионные свойства УНТ проявляются при существенно более низких значениях приложенного напряжения по сравнению с традиционно используемыми автоэмиссионными катодами, изготовленными на основе макроскопических металлических острий. Это, в свою очередь, приводит к аномально высокому значению тока эмиссии при сравнительно низком напряжении, приложенном к УНТ, что ставит эмиттеры с катодами, содержащими УНТ, вне конкуренции среди приборов, действие которых основано на полевой автоэлектронной эмиссии [1]. Таким образом, разработка эмиттеров на основе УНТ ведет к созданию нового широкого класса электронных приборов, отличающихся аномально малыми поперечными размерами и низким напряжением питания.
Аналогом предлагаемого технического устройства является способ получения холодно-эмиссионных пленочных катодов в виде подложки с нанесенной на нее углеродной пленкой, позволяющей получать высокую плотность эмиссионных токов 0,15-0,5 A/см2 [2]. Осаждение углеродной пленки проводится при температуре 700-1100°C. Углеродная пленка представляет собой структуру, состоящую из углеродных микро- и наноребер или микро- и нанонитей, ориентированных перпендикулярно поверхности подложки, с характерным размером 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.
Также известен способ изготовления интегральных автоэмиссионных элементов с эмиттерами на основе наноалмазных покрытий, что позволяет получить большие плотности тока [3]. Для получения больших плотностей автоэмиссионных токов полевой катод должен быть изготовлен из материала с достаточно высокой электронной проводимостью, которая в поликристаллических алмазных пленках обуславливается различными структурными дефектами, формирующими системы дополнительных уровней в запрещенной зоне алмаза. Эмиссионные свойства алмазных пленок значительно улучшаются с увеличением их дефектности вплоть до формирования аморфного материала, существенным признаком которого остается алмазный тип гибридизации связей валентных электронов атома углерода. Однако, во-первых, контролировать и управлять процессом получения алмазоподобных пленок с вышеуказанными параметрами довольно-таки затруднительно, а следовательно, получаются приборы с невоспроизводимыми эмиссионными характеристиками и, во-вторых, наиболее предпочтительной формой эмиттеров являются микро- и наноострия или структуры в виде лезвий, в отличие от предлагаемой планарной структуры эмиттеров на основе наноалмазных покрытий.
Наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются структура и способ изготовления полевых эмиссионных элементов с углеродными нанотрубками, используемыми в качестве катодов, предложенные в патенте РФ №2391738 [4]. Полевой эмиссионный элемент включает подложку, катодную структуру, состоящую из одного или нескольких слоев электропроводящего материала и расположенную на внешней поверхности упомянутой 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, внутри которых формируются эмиссионные катоды в виде углеродных нанотрубок высотой 0,9-1,2 мкм, расположенных 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. Однако эмиссионные характеристики таких структур нестабильны - при постоянном приложенном напряжении плотность тока эмиссии постепенно снижается, что возможно связано с высокими сорбционными свойствами УНТ и разрушением эмитирующих нанотрубок, под действием высокой плотности электрического тока и неоднородностью этой плотности для отдельно взятой УНТ, связанной с разновысотностью нанотрубок, составляющих массив. Кроме того, представленную конструкцию эмиссионного элемента реализовать в качестве самостоятельного прибора - триода или диода - будет довольно сложно, поскольку возникнут проблемы при герметизации сквозных отверстий, расположенных на горизонтальной поверхности анода.
Задачей данного изобретения является повышение тока автоэмиссии и временной стабильности этой величины, уменьшение рабочих напряжений в приборах вакуумной микроэлектроники на основе углеродных нанотрубок и продлении их срока службы за счет нанесения на поверхность массива УНТ слоя интеркалированного материала, снижающего работу выхода электронов с поверхности УНТ и защищающего поверхность эмитирующих УНТ от воздействия внешних факторов (например, химически активных атомов и молекул адсорбирующихся газов), одинаковой высоты массива УНТ по всей площади катода, экранированием боковой поверхности торцевой части первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы токоведущим слоем катодного узла, исключающего зарядку боковой поверхности изоляции в прикатодной области, малой величины контактного сопротивления нанотрубка-подложка.
Поставленная задача решается за счет создания конструкции прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов, содержащего полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоящий из токоведущего слоя катодного узла, каталитического слоя и массива углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности каталитического слоя перпендикулярно его поверхности, опорно-фокусирующую систему (ОФС), состоящую из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, содержащую сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия.
Способ изготовления прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов включает формирование на полупроводниковой подложке изолирующего слоя, формирование токоведущего слоя катодного узла на поверхности изолирующего слоя, формирование на поверхности токоведущего слоя катодного узла в области, предназначенной для создания массива УНТ, каталитического слоя, формирование опорно-фокусирующей системы на поверхности токоведущего слоя катодного узла путем нанесения первого диэлектрического слоя, затворного электропроводящего слоя, второго диэлектрического слоя и гравировки этих слоев для создания в них сквозной полости, формирование жертвенного слоя в области сквозной полости опорно-фокусирующей системы, формирование анодного токоведущего слоя, формирование технологических сквозных отверстий в анодном токоведущем слое, удаление жертвенного слоя через сквозные технологические отверстия в анодном токоведущем слое, активацию поверхности каталитического слоя, осаждение массива углеродных нанотрубок на поверхность каталитического слоя.
Совокупностью отличительных признаков изобретения является то, что катодный узел дополнительно содержит слой проводящего материала, который расположен в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, высота углеродных нанотрубок одинакова по всей площади массива, на поверхности массива углеродных нанотрубок расположен слой интеркалированного материала, токоведущий слой катодного узла и слой проводящего материала катодного узла обладают адгезионными свойствами, в качестве углеродных нанотрубок используют одностенные и/или многостенные УНТ, в качестве интеркалированного материала применяют оксид гафния, после нанесения первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы создают в нем сквозную полость, в которой на боковой поверхности первого диэлектрического слоя формируют слой проводящего материала катодного узла, проводят активацию поверхности каталитического слоя, на поверхность каталитического слоя осаждают массив УНТ, на поверхность которого наносят вспомогательный жертвенный слой, затем планаризуют вспомогательный жертвенный слой и массив УНТ до поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, наносят затворный электропроводящий слой и второй диэлектрический слой опорно-фокусирующей системы и формируют в них сквозную полость, удаляют остатки вспомогательного жертвенного слоя, осаждают слой интеркалированного материала, формируют жертвенный слой, формируют анодный токоведущий слой и технологические сквозные отверстия в нем, удаляют жертвенный слой и отжигают сформированную структуру прибора.
При интеркаляции атомов некоторых материалов, например калия, цезия, оксида галлия в углеродные нанотрубки уменьшается работа выхода электронов с поверхности УНТ и, тем самым, увеличивается ток автоэлектронной эмиссии углеродных нанотрубок при одинаковой величине приложенного электрического поля. В случае одностенных нанотрубок (ОСНТ) интеркаляция атомов материала происходит в пучки ОСНТ между индивидуальными нанотрубками внутри пучка, а для многостенных нанотрубок (МСНТ) - между соседними слоями внутри МСНТ.
Известно, что при постоянном приложенном напряжении плотность тока эмиссии УНТ постепенно снижается, что, в том числе, связано с высокими сорбционными свойствами УНТ. Для того, чтобы исключить данный отрицательный момент поверхность углеродных нанотрубок пассивируют с помощью нанесения слоя интеркалированного материала.
Выравнивание высоты массива углеродных нанотрубок способствует минимизации или исключению разброса электрических параметров работы отдельных УНТ в составе массива, что приводит к стабильной работе прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов, равномерности тока и, в конечном счете, к увеличению срока его эксплуатации.
Экранирование боковой поверхности торцевой части первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы слоем проводящего материала катодного узла позволяет локализовать электроны, эмитируемые с боковой и торцевой поверхностей УНТ, перпендикулярно поверхности анода и, тем самым, исключить зарядку поверхности диэлектрика электронами, что приводит к стабильности работы прибора, снижению рабочих напряжений и повышению надежности.
Поскольку эмиссионные токи УНТ ограничиваются большой величиной контактного сопротивления нанотрубка-подложка, то на заключительном этапе изготовления холодных катодов на основе массива углеродных нанотрубок вводится процесс высокотемпературного отжига при T=450°C в инертной среде, что улучшает электрический контакт указанной выше системы за счет взаимодиффузии углерода и никеля и позволяет работать при более низких рабочих напряжениях.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена многослойная структура, состоящая из: 1 - полупроводниковая подложка, 2 - изолирующий слой, 3 - токоведущий слой катодного узла, 4 - каталитический слой, 5 - первый диэлектрический слой ОФС.
На фиг. 2 представлена структура после формирования отверстий в первом диэлектрическом слое ОФС и формирования слоя проводящего материала катодного узла 6 в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы.
На фиг. 3 представлена структура после осаждения массива углеродных нанотрубок 7 и вспомогательного жертвенного слоя 8.
На фиг. 4 представлена структура после планаризации вспомогательного жертвенного слоя и массива углеродных нанотрубок.
На фиг. 5 представлена структура после формирования отверстий во втором диэлектрическом слое 10 и в затворном электропроводящем слое 9 ОФС.
На фиг. 6 представлена структура после удаления вспомогательного жертвенного слоя и осаждения слоя интеркалированного материала 11.
На фиг. 7 представлена структура после формирования жертвенного слоя 12 и анодного токоведущего слоя 13.
На фиг. 8 представлена структура прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов после удаления жертвенного слоя.
На фиг. 9 представлен вид сверху прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов.
Прибор изготавливают следующим образом. На поверхности полупроводниковой подложки формируют изолирующий слой SiO2 толщиной 300-400 нм методом термического окисления кремния, осаждают магнетронным напылением токоведущий слой катодного узла из тугоплавкого металла толщиной 500-600 нм, обладающий адгезионными свойствами и каталитический слой никеля толщиной 5-6 нм в едином вакуумном цикле, формируют структуру каталитического слоя при проведении проекционной фотолитографии и жидкостного химического травления пленки Ni (5-6 нм), формируют структуру проводников при проведении проекционной фотолитографии и реактивного ионного плазменного травления (РИПТ) токоведущего слоя катодного узла (0,5-0,6 мкм), наносят плазмохимическим осаждением первый диэлектрический слой ОФС из Si3N4 толщиной 2,1-2,2 мкм, формируют отверстия диаметром 2-2,2 мкм в первом диэлектрическом слое Si3N4 ОФС при проекционной фотолитографии и РИПТ пленки Si3N4 (2,1-2,2 мкм), осаждают магнетронным напылением слой проводящего материала катодного узла из тугоплавкого металла, обладающий адгезионными свойствами толщиной 500-600 нм, формируют слой проводящего материала катодного узла в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы с помощью РИПТ (500-600 нм), активируют поверхность каталитического слоя Ni при проведении отжига при температуре 600-700°C, селективно осаждают из газовой среды массив углеродных нанотрубок высотой от 2,2 до 2,5 мкм на поверхность каталитического слоя Ni при температуре 650-700°C, наносят плазмохимическим осаждением вспомогательный жертвенный слой SiO2 толщиной 1,5-1,6 мкм, планаризуют поверхность структуры, состоящей из вспомогательного жертвенного слоя SiO2 (1,5-1,6 мкм), массива УНТ и первого диэлектрического слоя Si3N4 до толщины слоя Si3N4 2,0-2,1 мкм, осаждают магнетронным напылением затворный токоведущий слой ОФС из тугоплавкого металла толщиной 300-400 нм, формируют структуру проводников в затворном токоведущем слое при проекционной фотолитографии и РИПТ тугоплавкого металла толщиной 300-400 нм, наносят плазмохимическим осаждением второй диэлектрический слой ОФС из Si3N4 толщиной 1,0-1,1 мкм, формируют отверстия диаметром 3-3,2 мкм во втором диэлектрическом слое Si3N4 и в затворном токоведущем слое при проекционной фотолитографии и РИПТ структуры, состоящей из пленки Si3N4 (1,0-1,1 мкм) и тугоплавкого металла (300-400 нм), удаляют остатки вспомогательного жертвенного слоя SiO2, осаждают слой интеркалированного материала HfO2 толщиной 2-3 нм на поверхность массива углеродных нанотрубок, наносят плазмохимическим осаждением жертвенный слой SiO2 толщиной 1,5-1,7 мкм, формируют структуру жертвенного слоя SiO2 при проведении проекционной фотолитографии и РИПТ пленки диоксида кремния толщиной 1,5-1,7 мкм, осаждают магнетронным напылением анодный токоведущий слой тугоплавкого металла толщиной 500-600 нм, формируют в анодном токоведущем слое структуру проводников при проекционной фотолитографии и РИПТ слоя тугоплавкого металла (500-600 нм), формируют боковые технологические сквозные отверстия в анодном токоведущем слое размером 1,5 мкм × 1,5 мкм и вскрывают массив углеродных нанотрубок с помощью газофазного травления жертвенного слоя SiO2, отжигают сформированную структуру при температуре 420-450°C, что снижает величину контактного сопротивления нанотрубка-подложка.
Источники информации
1. А.В. Елецкий. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства. Успехи физических наук. Т. 172, №4. 2002, с. 401-438.
2. Патент РФ №2194328.
3. Патент РФ №2455724.
4. Патент РФ №2391738 - прототип.
Claims (4)
1. Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, содержащий полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоящий из токоведущего слоя катодного узла, каталитического слоя и массива углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности каталитического слоя перпендикулярно его поверхности, опорно-фокусирующую систему, состоящую из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, содержащую сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия, отличающийся тем, что катодный узел дополнительно содержит слой проводящего материала, который расположен в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, высота углеродных нанотрубок одинакова по всей площади массива, на поверхности массива углеродных нанотрубок расположен слой интеркалированного материала, а токоведущий слой катодного узла и слой проводящего материала катодного узла обладают адгезионными свойствами.
2. Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве УНТ использованы одностенные и/или многостенные УНТ.
3. Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве интеркалированного материала использован оксид гафния.
4. Способ изготовления прибора на основе углеродосодержащих холодных катодов, включающий формирование на полупроводниковой подложке изолирующего слоя, формирование токоведущего слоя катодного узла на поверхности изолирующего слоя, формирование на поверхности токоведущего слоя катодного узла в области, предназначенной для создания массива УНТ, каталитического слоя, формирование опорно-фокусирующей системы на поверхности токоведущего слоя катодного узла путем нанесения первого диэлектрического слоя, затворного электропроводящего слоя, второго диэлектрического слоя и гравировки этих слоев для создания в них сквозной полости, формирование жертвенного слоя в области сквозной полости опорно-фокусирующей системы, формирование анодного токоведущего слоя, формирование технологических сквозных отверстий в анодном токоведущем слое, удаление жертвенного слоя через сквозные технологические отверстия в анодном токоведущем слое, активацию поверхности каталитического слоя, осаждение массива углеродных нанотрубок на поверхность каталитического слоя, отличающийся тем, что после нанесения первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы создают в нем сквозную полость, в которой на боковой поверхности первого диэлектрического слоя формируют слой проводящего материала катодного узла, проводят активацию поверхности каталитического слоя, на поверхность каталитического слоя осаждают массив УНТ, на поверхность которого наносят вспомогательный жертвенный слой, затем планаризуют вспомогательный жертвенный слой и массив УНТ до поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, наносят затворный электропроводящий слой и второй диэлектрический слой опорно-фокусирующей системы и формируют в них сквозную полость, удаляют остатки вспомогательного жертвенного слоя, осаждают слой интеркалированного материала, формируют жертвенный слой, формируют анодный токоведущий слой и технологические сквозные отверстия в нем, удаляют жертвенный слой и отжигают сформированную структуру прибора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149658/28A RU2579777C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149658/28A RU2579777C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2579777C1 true RU2579777C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014149658/28A RU2579777C1 (ru) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2579777C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2645153C1 (ru) * | 2017-06-07 | 2018-02-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук | Способ формирования эмитирующей поверхности автоэмиссионных катодов |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003049134A1 (fr) * | 2001-11-30 | 2003-06-12 | Sony Corporation | Emetteur d'electrons, emetteur d'electrons de champ a cathode froide et procede servant a fabriquer un affichage a emission d'electrons de champ a cathode froide |
| US6787122B2 (en) * | 2001-06-18 | 2004-09-07 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Method of making nanotube-based material with enhanced electron field emission properties |
| US6991949B2 (en) * | 2001-04-25 | 2006-01-31 | Sony Corporation | Manufacturing method of an electron emitting apparatus |
| RU2391738C2 (ru) * | 2008-02-11 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Структура и способ изготовления полевых эмиссионных элементов с углеродными нанотрубками, используемыми в качестве катодов |
| RU2455724C1 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Структура и способ изготовления интегральных автоэмиссионных элементов с эмиттерами на основе наноалмазных покрытий |
| RU2504858C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2014-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Автоэмиссионный катод |
-
2014
- 2014-12-10 RU RU2014149658/28A patent/RU2579777C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6991949B2 (en) * | 2001-04-25 | 2006-01-31 | Sony Corporation | Manufacturing method of an electron emitting apparatus |
| US6787122B2 (en) * | 2001-06-18 | 2004-09-07 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Method of making nanotube-based material with enhanced electron field emission properties |
| WO2003049134A1 (fr) * | 2001-11-30 | 2003-06-12 | Sony Corporation | Emetteur d'electrons, emetteur d'electrons de champ a cathode froide et procede servant a fabriquer un affichage a emission d'electrons de champ a cathode froide |
| RU2391738C2 (ru) * | 2008-02-11 | 2010-06-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Структура и способ изготовления полевых эмиссионных элементов с углеродными нанотрубками, используемыми в качестве катодов |
| RU2455724C1 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Структура и способ изготовления интегральных автоэмиссионных элементов с эмиттерами на основе наноалмазных покрытий |
| RU2504858C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2014-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | Автоэмиссионный катод |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2645153C1 (ru) * | 2017-06-07 | 2018-02-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук | Способ формирования эмитирующей поверхности автоэмиссионных катодов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3502082B2 (ja) | 電子源およびその製造方法、並びに、表示装置 | |
| US7997950B2 (en) | Field emission electron source having carbon nanotubes and method for manufacturing the same | |
| JP4975005B2 (ja) | 先端上の触媒粒子 | |
| Shimada et al. | Low threshold field emission from nitrogen-incorporated carbon nanowalls | |
| Chen et al. | Ultrahigh-current field emission from sandwich-grown well-aligned uniform multi-walled carbon nanotube arrays with high adherence strength | |
| JP4611228B2 (ja) | 電界電子放出装置およびその製造方法 | |
| CN101105488A (zh) | 逸出功的测量方法 | |
| RU171829U1 (ru) | Автоэмиссионный катод | |
| Wang et al. | Single-walled carbon nanotube thermionic electron emitters with dense, efficient and reproducible electron emission | |
| RU2579777C1 (ru) | Прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, расположенных на полупроводниковой подложке, и способ его изготовления | |
| JP2008078081A (ja) | 電界放出電子源及びその製造方法 | |
| JP2006294387A (ja) | ナノカーボンエミッタ及びその製造方法 | |
| US7554255B2 (en) | Electric field emission device having a triode structure fabricated by using an anodic oxidation process and method for fabricating same | |
| RU2590897C1 (ru) | Автоэмиссионный элемент с катодами на основе углеродных нанотрубок и способ его изготовления | |
| JP2003529182A (ja) | 均一な放出電流を発生する方法 | |
| Minh et al. | Selective growth of carbon nanotubes on Si microfabricated tips and application for electron field emitters | |
| RU2588611C1 (ru) | Способ повышения плотностей тока автоэмиссии и деградационной стойкости автоэмисионных катодов | |
| RU2524353C2 (ru) | Трехмерно-структурированная полупроводниковая подложка для автоэмиссионного катода, способ ее получения и автоэмиссионный катод | |
| TWI309055B (en) | Method for making emission source having carbon nanotube | |
| Choi et al. | Enhanced field-emission capacity by density control of a CNT cathode using post-plasma treatment | |
| RU2813858C1 (ru) | Способ повышения эффективности многоострийных автоэмиссионных катодов | |
| RU221572U1 (ru) | Полевой эмиссионный катод концентрического типа | |
| RU205789U1 (ru) | Автоэмиссионная ячейка на основе наноразмерного углеродного материала | |
| JP2019071260A (ja) | 電子源及び電子線照射装置並びに電子源の製造方法 | |
| JP2007513477A (ja) | 電界放出デバイス |