SE443061B - Halvledaranordning for generering av ett elektronstralknippe, sett for framstellning av halvledaranordningen samt anvendning av halvledaranordningen for att generera ett elektronstralknippe dels i ett kameraror, dels i - Google Patents

Description

"8ÛU5070-l rial vilket innebär en begränsning av katodernas livslängd.

Förutom de redan nämnda katoderna finns det katoder som är baserade på emittering av elektroner från halvledarkroppen, då en pn-övergång drivs i back- riktningen på sådant sätt att lavinmultiplikation inträffar. Några elektroner kan erhålla så mycket rörelseenergi som krävs för att överstiga elektronutträ- despotentialen. Dessa elektroner frigöres därvid på ytan och alstrar en elekt- ronström. En sådan katod är beskriven i den nämnda brittiska patentskriften 1.303. 659 och utgör bas för förliggande ansökan. I den nämnda patentskriften beskrives en katod i vilken kiselkarbid användes såsom halvledarmaterial. Fak- tum är att det endast är med kiselkarbid i en sådan anordning man erhåller en sådan verkningsgrad, d.v.s. ett sådant förhållande mellan den alstrade elekt- ronströmmen och den erforderliga lavinströmmen genom pn-övergången, att den är användbar för praktisk tillämpning.

Då de nämnda typerna av katoder användes, t.ex. i kamerarör eller små återgivningsrör, accelerera: de frigjorda elektronerna medelst styrgaller och det sålunda erhållna elektronstrâlknippet koncentreras ofta till en punkt medelst elektronoptik. Denna punkt, den s.k. "cross-over"-punkten, tjänar såsom verklig källa för det aktuella elektronstrålknippet som därefter avlänkas, t.ex. med elektromagnetiska medel, såsom avlänkningsspolar, t.ex. för att i ett kamerarör avsöka ett fotoledande skikt som innehåller bildinformation.

Vid stället för nämnda "cross-over" äger inbördes interaktion rum mellan de frigjorda elektronerna. Fördelningen av elektronenergin påverkas på sådant sätt att den aktuella elektrontemperaturen ökas och elektronernas energifördel» ning erhåller en större spridning. Detta har en skadlig inverkan på den s.k. acceptanskurvan för strålknippet i den meningen att följ-effekter inträffar i kameraröret.

Den i den brittiska patentskriften 1.303.659 beskrivna anordningen uppvi- sar en pn-övergång som skär ytan. Då denna halvl edaranordni ng inkorporeras i ett katodstrålerör eller någon annan urladdningsanordning kommer katoden vanli- gen att bilda en del av en större enhet, i vilken till följd av andra elektro- der, t.ex. anod- eller styrgaller, elektronerna dras bort i halvledaranord- ningens driftstillstånd, nämligen i en riktning som är vinkelrät mot halvledar- anordningens huvndyta. Betraktat i en bredare aspekt är elektronerna således utsatta för ett elektriskt fält som har en komponent vinkelrätt mot nämnda huvudyta. Med huvudyta förstås härvid den halvledaryta som innehåller spår eller urtag om sådana finnes.

Det elektriska fältet i pn-övergången, som emitterar elektroner till följd av lavingenombrott, är riktat vinkelrätt mot nämnda pn-övergång. Till följd härav kan utträdande elektroner ha en hastighetskomponent i en annan riktning r-vfi* * en {fïïT?3ïšïí “ fšlßlßt ïågü” 3 soosovo-1 än den önskade riktningen, vilket kan vara en nackdel, i synnerhet om ett smalt elektronstrålknippe krävs.

Vidare har experiment visat att de elektroner som, alstras medelst en sådan kallkatod i anordningar av den typ, som är beskrivna i den nämnda brit- tiska patentskriften, där utarmningszonen som tillhör pn-övergången ansluter sig till ytan, uppvisar en energifördelning som inte är optimal i synnerhet för användning i ett kamerarör. De frigjorda elektronerna har i verkligheten ingen skarpt definierad elektrontemperatur utan de emitterade elektronernas energi- fördelning uppvisar en andra bred fördelning av energivärden förutom en skarp topp som beror på strömmen genom pn-övergången och spänningen på den accelere- rande elektroden. En sådan oskarp energifördelning inverkar på strålknippets nämnda acceptanskurva på ett skadligt sätt.

Energifördelningskurvan kan betraktas såsom uppbyggd av två fördelningar.

Den breda fördelningen uppträder genom utträdet av elektroner som erhåller tillräcklig energi redan i utarmningszonen för att överstiga elektronutträdes- potentialen och utträder följaktligen i olika punkter av ytan med olika poten- tialer. Den smala toppen inträffar i motsats härtill huvudsakligen genom utträ- de av elektroner, vilka har genomlöpt hela utarmningszonen och utgår från den ledande delen av zonen av n-typ som har i huvudsak konstant potential vid ytan.

Ett av ändamålen med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en halvle- daranordning, i vilken verkningsgraden är så mycket förbättrad i förhållande till verkningsgraden hos den anordning, som är beskriven i den brittiska patentskriften, att kisel också kan användas såsom material för en sådan katod.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en halvledaranordning i vilken energifördelningen för elektronerna i det alstrade strålknippet bara uppvisar en liten spridning.

Uppfinningen är bl.a. baserad på insikten om det faktum att detta kan upp- nås genom påverkan av det elektriska fältet i direkt närhet av pn-övergången, där elektronernas energifördelning kan påverkas, genom att anordna pn-över- gången på ett lämpligt sätt.

För uppnâende härav kännetecknas en halvledaranordning enligt uppfinningen därav att ytan har ett elektriskt isolerande skikt i vilket åtminstone ett hål är anordnat, i vilket åtminstone en accelererande elektrod finns på det isole- rande skiktet vid kanten av hålet och där pn-övergången åtminstone inom hålet sträcker sig huvudsakligen parallellt med halvledarytan och inuti hålet lokalt uppvisar en lägre genomslagsspänning än den återstående delen av pn-övergången, varvid delen med en lägre genomslagsspänningen är skild från ytan genom ett n-typsledande skikt med en sådan tjocklek och dopning av pn-övergångens utarm- 'soosoïo-1 ningszon vid genomslagsspänningen inte sträcker sig upp till ytan utan förblir separerad därifrån genom ett ytskikt som är tillräckligt tunt för att släppa igenom de alstrade elektronerna.

Verkningsgraden hos en sådan halvledaranordning har visat sig vara så mycket förbättrad att också, då andra material än kiselkarbid användes, t.ex. kisel, verkningsgrader kan uppnås vilka är användbara för praktiska ändamål.

Detta har den fördelen att katodstrukturen å ena sidan kan framställas medelst den teknik, som känd för framställningen av integrerade kretsar i kisel, och att å andra sidan nämnda katodstrukturer kan inkorporeras i integrerade kretsar utan tekniska svårigheter. Ytterligare en fördel består däri att emissionen kan moduleras medelst spänningar på accelerationselektroden. Vidare kan emissions- riktningen pâverkas om den accelererande elektroden består av två eller flera delar som var och en bringas anta olika spänning. I synnerhet kan ett emis- sionsmönster som är genererat av ett ringformigt hål återges i en punkt, t. ex. i en punkt av det fotoledande skiktet i ett kamerarör för läsning av den före- fintliga bildinformationen.

I synnerhet kan elektronerna också bringas att till synes härröra från en virtuell källa, varefter denna kan återges i en punkt på en laddningsplatta medelst känd elektronoptik. En fördel med detta är att dynamisk fokusering är möjligt på ett enkelt sätt. Med hjälp av de konventionella avlänkningsorganen kan punkten förflyttas över ytan av det fotoledande skiktet. På detta sätt kan bildinformation avsökas.

Emedan elektronstrâlknippet nu återges direkt från katoden på det fotole- dande skiktet utan framställning av en "cross-over" är det möjligt att fram- ställa ett kortare kamerarör. Genom att utelämna nämnda “cross-over" undviker man dessutom att elektrontemperaturen i strålknippet ökas onödigtvis. Jämfört med en termisk katod kan röret kortas ytterligare genom möjligheten av en vir- tuell elektronkälla då den virtuella källan, som har en funktion som är jämför- bar med nämnda “cross-over" i rör med en termisk katod, nu inte ligger mellan laddningsplattan och katoden utan katoden ligger mellan den virtuella källan och plattan.

Den erhållna förbättringen i verkningsgraden kan förklaras på följande sätt. Först och främst åstadkommes till följd av det kraftiga elektriska fältet nära ytan, vilket alstras genom den accelererande elektroden, en minskning i utträdesarbetet (Schottky-effekt). Dessutom förhindras bildandet av rymdladd- ning.

Slutligen blir elektronbanorna bättre definierade än i förefintliga anord- ningar, emedan dessutom elektronernas energifördelning uppvisar en liten sprid- ning. Genom att ge den accelererande elektroden en tillräckligt hög potential 5 soosovo-1 acceleraras elektronerne i riktning mot nämnda elektrod (också de elektroner som vid utträdet har en marginal rörelseenergi) och hastighetskomponenten i annan riktning än den önskade riktningen reduceras drastiskt i förhållande till den kända anordningen, där pn-övergången skär ytan.

Det faktum att pn-övergången sträcker sig i huvudsak parallellt med halv- ledarytan har dessutom en fördeiaktig inverkan pâ de emitterade elektronernas energifördelning.

Emedan utarmningszonen i en anordning enligt uppfinningen inte slutar vid ytan saknas den nämnda "breda toppen" i energifördelningen för de elektroner som emitteras av en sådan anordning.

Det observeras att uppmätta resultat avseende energifördelningen för elektroner, som är alstrade genom en med ytan parallell backförspänd pn-över- gång genom lavinmultiplikation och vilka kommer från en kiselkropp, är visade i artikeln “Hot Electron Emission from Shallow pn-junctions in Silicon" av D.J.Barteling, J.L.Mal1 och N.I.Meyer utgiven i "Physical Review" volym 130, nr.3, 1 maj 1963, sid. 972-985. De i artikeln visade mätresultaten anger en energifördelning som sträcker sig över ett mycket bredare område än vid mät- ningarna på halvledaranordningarna enligt uppfinningen (de mätta energifördel- ningarna har "half life"-bredder på ungefär 1,4 eV respektive ungefär 0,5 eV motsvarande elektrontemperaturer av 0,5 eV respektive 0,2 eV). Den nämnda arti- keln nämner inte något bidrag av elektroner som kommer från utarmningszonen. I den använda konstruktionen nämns ej någon accelererande elektrod och pn-över- gången har ej heller lokalt en lägre genomslagsspänning.

Genomslagsspänningen kan reduceras lokalt på olika sätt. Så kan exempelvis gallerliknande skador åstadkommas vid de önskade ställena, t.ex. genom bombar- dering med accelererade partiklar, t.ex. protoner. Vid håïet kan också ett V-spår eller en grop åstadkommas i halvledarkroppen så att en koncentration av fältlinjerna och följaktligen en lägre genomslagsspänning erhålles.

Företrädesvis erhålles emellertid minskningen i genomslagspänningen genom ett extra dopningssteg. En föredragen utföringsform av halvledaranordningen enligt uppfinningen är för detta ändamål kännetecknad därav, att genomslags- spänningen är lokalt reducerad genom en lokalt kraftigare dopad zon av området av p-typ, vilken zon sträcker sig in i utarmningszonen åtminstone i driftstill- ståndet. vid stället för den kraftigare dopade p-zonen uppträder en förträngning av utarmningszonen och således en minskning av genomslagspänningen.

En annan iöredragen utföringsform i enlighet med uppfinningen kännetecknas därav, att bredden av den kraftigare dopade zonen av p-typ är åtminstone 5/um. Genom denna åtgärd förhindras att strömansamling inträffar.

PWDR ensam? 4G 8ÜÛ5Û7Û=l Bl.a. för den nämnda användningen i kamerarör är katoden företrädesvis ut- förd med sitt hål i form av ett huvudsakligen ringformigt spår, i vilket den accelererande elektroden är uppbyggd av två eller flera delelektroder, varvid en delelektrod är belägen inuti det ringformiga spåret och en delelektrod är belägen utanför spåret.

Det ringforiga spåret behöver inte alltid vara cirkulärt utan kan alter- nativt exempelvis var ellipsoidiskt, under vissa omständigheter även kvadra- tiskt eller rektangulärt.

Ej heller behöver hålet alltid vara utfört såsom ett spår. I synnerhet vid ätergivningstillämpningar är cirkulära och även kvadratiska eller rektangulära hål mycket lämpliga.

Uppfinningen avser vidare ett sätt för framställning av en halvledaranord- ning av beskrivet slag. Ett sâdant sätt kännetecknas därav, att utgångsmateria- let är en halvledarkropp med en ytanslutande zon av n-typ som bildar en pn-övergång med en zon av p-typ som ansluter sig till densamma, att ytan beläg- ges med ett isolerande skikt, att det isolerande skiktet täckes med ett elekt- riskt ledande skikt som därefter täckes med ett maskerande skikt, att ett hål anordnas i maskningsskiktet, varefter det ledande skiktet och det isolerande skiktet genom nämnda hål sucessivt avlägsnas genom etsning, varvid åtminstone hålet som är etsat i det ledande skiktet är större än en underliggande ytdel inom vilken zonen av p-typ ansluter sig till ytan, att med användning av mask- ningsskiktet eller maskningsskiktet tillsammans med det isolerande skiktet så- som mask acceptoratomer införes i den nämnda ytdelen för att bilda en zon av p-typ som är belägen inuti nämnda ytdel och har en högre dopningskoncentration än zonen av p-typ, varefter maskningsskiktet avlägsnas och med användning av det ledande skiktet såsom mask donatoratomer införes i ytdelen ned till ett djup som är mindre än zonens av p-typ djup, varefter det ledande skiktet tjänar såsom accelererande elektrod och zonen n-typ och zonen av p-typ förses med anslutningsledare. Fördelen med en sådan metod är att det isolerande skiktet eller det ledande skiktet vid vissa steg tjänar såsom mask, varigenom till följd härav metoden är delvis självinställande.

Ett sätt som är fullständigt självinställande kännetecknas därav, att zonen av n-typ från början också utbreder sig vid det etsade hålet och att efter etsning det isolerande skiket med användning av det ledande skiktet såsom etsningsmask zonen av n-typ etsas bort till hela djupet vid stället för nämnda ytdel, varefter zonen av p-typ implanteras med användning av det isolerande skiktet såsom mask.

Donatorjonerna implanteras företrädesvis i den nämnda ytdelen via ett oxidskikt med en sådan energi att den maximala donatorkoncentrationen i huvud- 7 8005070-1 sak sammanfaller med ytan av halvledarkroppen. Till följd härav erhålles minsta möjliga seriemotstånd i zonen av n-typ.

Såsom nämnts kan en katod enligt uppfinningen med fördel användas i ett kamerarör, medan det finns olika applikationer för en återgivningsanordning med en halvledarkatod enligt uppfinningen. En av dessa applikationer är t.ex. ett återgivningsrör med en fluoroscensskänn som aktiveras av elektronströmmen, som kommer från halvledaranordningen.

Uppfinningen beskrivs mera detaljerat med hänvisning till bifogade rit- ningar, där fig_l visar en schematisk planvy av en halvledaranordning enligt uppfinningen, jjg_g visar ett schematiskt tvärsnitt genom halvledaranordningen taget längs linjen II-II i fig 1, fig_§ visar energifördelningen för elektro- nerna som alstras av en halvledaranordning enligt uppfinningen, fig_§ visar schematiskt ett konventionellt katodstrålerör, fig_§ visar schematiskt ett katodstrålerör, i vilket en halvledaranordning enligt uppfinningen användes, jig §_visar ett schematiskt tvärsnitt genom en konventionell halvledaranord- ning, som är försedd med en accelererande elektrod för jämförelsemätningar, _fig_Z visar kvalitativt energifördelningen för elektronerna, som alstras av den halvledaranordning som är visad i fig 6, fig 8-10 visar schematiska tvärsnitt genom en halvledaranordning enligt fig 2 i successiva steg av ett framställ- ningssätt enligt uppfinningen,_jig_1l visar ett shematiskt snitt genom en annan halvledaranordning enligt uppfinningen, fjg_l§¿l1 visar schematiska tvärsnitt genom halvledaranordningen enligt fig 11 i successiva steg av ett sätt enligt uppfinningen, fjg_l§ visar ett schematiskt tvärsnitt genom en annan halvledar- anordning enligt uppfinningen, jjg_1§ visar ett schematiskt tvärsnitt genom ytterligare en halvledaranordning enligt uppfinningen, f_i_g_1_7_ visar ett schema- tiskt tvärsnitt genom halvledaranordningen enligt fig 15 vid ett steg av dess framställning, fig_;§ visar ett schematiskt tvärsnitt genom ytterligare en halvledaranordning enligt uppfinningen, jïg_¿g visar en schematisk planvy av en halvledaranordning enligt uppfinningen avsedd för användning i en återgivnings- anordning, jjg_§Q visar ett schematiskt tvärsnitt genom halvledaranordningen enligt fig 19 taget längs linjen XX-XX, fig_§l visar ett schematiskt tvärsnitt genom halvledaranordningen enligt fig 19 taget längs linjen XXI-XXI, jjg_§§ visar en schematisk perspektivvy av en del av en återgivningsanordning, i vil- ken en halvledaranordning enligt uppfinningen användes, jjg_g§ visar schema- tiskt en sådan återgivningsanordning avsedd för återgivningstillämpningar och jjg_@§ visar schematiskt en sådan återgivningsanordning avsedd för användning 1 elektronlitografi, Figurerna är schematiska och ej ritade i skala, varvid för tydlighets skull dimensionerna i tjockleksriktningen är kraftigt överdrivna i tvärsnitten. i Pooiš; eaamwï 8005Û7@~i Halvledarzoner med samma ledningsförmågetyp är generellt sektionerade i samma riktning och motsvarande komponenter i figurerna är generellt betecknade med samma hänvisningsbeteckningara Fig 1 visar en planvy och fig 2 visar ett tvärsnitt taget längs linjen II-II i fig 1 avseende en halvledaranordning, vilken är utförd att alstra ett elektronstrâlknippe. För detta ändamål innefattar den en katod med en halvle- darkropp I, i detta exempel av kisel. Halvledarlzroppen innefattar i detta exem- pel en zon 3 av n-typ vilken ansluter sig till en yta 2 av halvledarkroppen och bildar pn-övergången 5 med zonen 4 av p~typ. Genom att anbringa em spänning i backriktningen över pn-övergången alstras elektroner genom lavinmultiplikation vilka kommer från halvledarkroppen, Detta är visat medelst pilen 6 i fig 2.

I praktiken är verkningsgraden för en sådan typ av anordning, i synnerhet då kisel användes såsom halvledarmaterial, så låg att det inte är fråga om en användbar katod. Detta kan undvikas genom att använda kiselkarbid men teknolo- giskt är detta en nackdel, emedan den teknik som användes vid framställning av integrerade kretsar inte är lämpad för detta ändamål.

Enligt uppfinningen är ytan 2 försedd med ett elektriskt isolerande skikt 7, t.ex. av kiseloxid, i vilket åtminstone ett häl 8 är anordnat. Inuti hålet 8 sträcker sig pn-övergången 5 i huvudsak parallellt med ytan 2. Vidare är en accelererande elektrod 9, i detta exempel av polykristallint kisel, anordnad på det isolerande skiktet 7 vid kanten av hålet 8.

Enligt uppfinningen uppvisar pn-övergången 5 inuti hålet 8 lokalt en lägre genomslagsspänning än den återstående delen av pn-övergången. I detta exempel är den lokala minskningen av genomslagsspänningen erhâllen därigenom att ut- armningszonen 10 i hålet 8 vid genomslagsspänningen är mindre än vid andra punkter av pn-övergången 4. Delen av pn-övergången 5 med reducerad genomslags- spänning är skild från ytan 2 genom skiktet 3 av n-typ. Detta skikt har en så- dan tjocklek och dopning att pn-övergângens 5 utarmningszon 10 vid genomslags- spänningen ej sträcker sig upp till ytan 2. Som följd härav blir ett ytskikt 11 kvar, vilket säkerställer transport av den ej emitterde delen av lavinströmmen.

Ytskiktet 11 är tillräckligt tunt för att släppa igenom en del av de elektroner som alstras genom lavinmultiplikation, vilka elektroner härrör från halvledar- kroppen l och bildar strålknippet 6.

Minskningen av utarmningszonens 10 yta och följaktligen den lokala minsk- ningen av pn-övergångens 5 genomslagsspänning erhålles i detta exempel genom att anordna en kraftigare dopad zon 12 av p-typ inuti hålet 8, vilken bildar en pn-övergång med zonen 3 av n-typ.

Halvledaranordningen innefattar vidare en anslutningselektrod 13 som via ett kontakthål är förbunden med kontaktzonen 14 av n-typ, vilken är förbunden 9 8005070-1 med zonen 3 av n-typ. I detta exempel är kontakt etablerad med zonen av p-typ på dess undersida medelst metalliseringsskiktet 15. Denna kontakt är företrä- delvis gjord via en kraftigt dopad kontaktzon 16 av p-typ.

I exemplet enligt fig 1 och 2 är donatorkoncentrationen i zonen 3 av n-typ vid ytan t.ex. 5.1018 atomer/cm3, medan acceptorkoncentrationen i zonen 4 av p-typ är mycket lägre, t.ex. lölšatomer/cm3. Den kraftigare dopade zonen 12 av p-typ inuti hålet 8 vid ytan av pn-övergången har en acceptorkoncentra- tion av t.ex. 3.1017atomer/cm3. Som följd härav blir pn-övergångens 5 ut- armningszon 10 vid stället för nämnda zon 12 begränsad till ytan, vilket re- sulterar i en reducerd genomslagsspänning. Som resuïtat härav kommer lavinmul- tiplikation att uppträda först vid detta ställe.

I detta exempel är zonens 3 av n-typ tjocklek 0,02/um. Vid den nämnda donatorkoncentrationen kan tillräckligt antal donatorer joniseras för att nå den fältstyrka (ungefär 6.105 V/cm) vid vilken lavinmultiplikation börjar att uppträda, medan trots detta ett ytskikt 11 blir kvar, varigenom å ena sidan ledningen till pn-övergången 5 kan äga rum, vilket skikt å andra sidan är till- räckligt tunt för att genomsläppa en del av de alstrade elektronerna. Vid en tjocklek av 0,2/um kommer det ledande skiktet av n-typ i allmänhet att utöva en sådan blockerande inverkan på de alstrade elektronerna att katodens verk- ningsgrad blir alltför reducerad för att den skall vara användbar.

Vid anbringande av en spänning i backriktningen över pn-övergången 5 i den i fig 1 och 2 visade anordningen kommer en utarmningszon att bildas på vardera sidan om nämnda övergång, dvs en zon inom vilken i huvudsak inga rörliga ladd- ningsbärare finns. Utanför nämnda utarmningszon sker ledning lätt så att i hu- vudsak hela spänningen ligger över utarmningszonen. Det tillhörande elektriska fältet kan nu bli så högt att lavinmultiplikation inträffar. Elektroner frigö- res vilka accelereras genom det förefintliga fältet på sådant sätt att de vid kollision med kiselatomer bildar elektron-hâlpar. De resulterande elektronerna accelereras i sin tur återigen av det elektriska fältet och kan åter bilda elektron-hålpar. Energin i elektronerna kan vara så hög att elektronerna har tillräcklig energi för att träda ut från materialet. Som följd härav uppstår en elektronström vilken i fig 2 är schematiskt visad genom pilen 6.

Genom att i enlighet med uppfinningen anordna en accelererande elektrod 9 på ett isolerande skikt 7 vid kanten av ett hål 8 kan de frigjorda elektronerna accelereras i en riktning som är i huvudsak normal mot ytan 2 genom att ge den accelererande elektroden 9 en positiv spänning. Det gäller vanligen en extra acceleration i denna riktning emedan en sådan halvledarstruktur (katod) i prak- tiken bildar en del av en anordning i vilken, eventuellt på ett litet avstånd, redan finns en positiv eller annan elektrod, t.ex ett styrgaller.

POGR QUALITY 8Û05Ü7Û~l 10 I detta exempel äger elektronemission rum genom ett huvudsakligen ring- formigt spår. Även om det inte klart framgår av ritningen till följd av dess schematiska karaktär är avbrottet i spåret för anslutningen 9b nycket litet i förhållande till den totala omkretsen så att detta inte är något hinder för praktiska tillämpningar. I detta fall består den accelererande elektroden av två delar 9a och 9b. Genom att ge dessa delar olika spänningar kan det utträ- dande strälknippet bringas att divergera eller konvergera och t.ex. ätergives på den känsliga delen av en platta i ett kamerarör.

I detta exempel har hålet 8 formen av ett litet spår med en bredd som är av samma storleksordning som det isolerande skikets 7 tjocklek. Spårets bredd är t.ex. 4/um medan oxidskiktets tjocklek är 1/um. Genom att välja dessa dimensioner så och anordna den accelererande elektroden 9 i omedelbar närhet och företrädesvis omkring nämnda hål bildas ett ekvipotentiellt plan ovanför spåret, vilket är till fördel för accelerationen av elektronerna.

Det elektriskt isolerande skiktet 7 består i detta exempel av kiseloxid, medan den accelererande elektroden 9 består av polykristallinskt kisel liksom elektroden 13. För det isolerande skiktet kan varje lämpligt annat material användas, t.ex. ett dubbelt skikt av kiselnitrid-kiseloxid, medan varje mate- rial som vanligen användes i halvledartekniken kan användas i elektroderna, t.ex. aluminium.

Bredden av zonen 12 av p-typ är i detta exempel 3/um. Denna bredd är företrädesvis mindre än 5/um emedan annars strömansamling sker längs kanten av nämnda zon.

Som resulatat av en spänning på den accelererande elektroden uppträder reduktion av elektronutträdesspänningen (Schottky-effekten) vilket ökar den nämnda emissionen. Dessutom kan emissionen av elektroner ytterligare ökas genom att belägga halvledarytan 2 inuti hålet 8 med ett utträdesarbetesreducerande material, t.ex. med ett skikt 31 av ett material som innehåller barium eller cesium.

Fig 3 visar energifördelningen mätt på en katod enligt fig 1.

Antalet elektroner som lämnar halvledarkroppen vid en given energi är av- satt som funktion av nämnda energi. Längs den horisontella axeln är energin E avsatt i ev medan längs den vertikala axeln antalet emitterade elektroner N(E) är avsatt i godtyckliga enheter. Det absoluta värdet av N(E) beror också på lavinströmmen och spänningen på den accelererande elektroden.

Emedan pn-övergången enligt uppfinningen sträcker sig i huvudsak paral- lellt med ytan och utarmningszonen 10 inte tränger fram till ytan 2 frigöres bara elektroner som har genomkorsat hela utarmningszonen. Den tillhörande ener- gifördelningen visar en smal topp 18. En sådan energifördelning är i synnerhet mycket gynnsam vid användning av katoden i kamerarör. lrWï3> , arya 4* ._.l'... f :i *in -å. en F14 rå 11 8005070-1 Fig 4 visar schematiskt ett kamerarör 51, t.ex. ett televisionskamerarör av den vanliga typen med exempelvis en termisk katod 54. Kameraröret innefattar vidare i ett hermetiskt tillslutet vakuumrör 33, en fotoledande laddningsplatta 34, t.ex. av antimontrisulfid, vilket skikt avsökes av ett elektronstrâlknippe, samt ett skärmgaller 39. áameraröret innefattar på vanligt sätt elektroder 35, 36 för att accelere- ra elektroner och fokusera elektronstrålknippet. Vidare finns konventionella medel för att avlänka elektronstrålknippet så att plattan 34 kan avsökas. Dessa medel består t.ex. av ett system av spolar 37. En scen som skall tas upp proji- ceras på plattan 34 medelst linsen 38, varvid ändväggen 52 är genomsläpplig för strålning.

Den andra ändväggen 53 har genomföringar 40 för elektriska anslutningar.

De elektroner som frigöres från katoden 54 fokuseras först till punkten 41 medelst elektroderna 35, 36 vilken punkt sedan återges på det fotoledande skik- tet 34 medelst systemet av spolar 37. Vid fokusering av elektronerna i punkten 41 (cross-over) sker en inbördes interaktion som följd av vilken elektronstrâl- knippet erhåller ett bredare energispektrum, vid nämnda följ-effekter inträf- far.

Fig 5 visar schematiskt ett kamerarör 51 med en halvledarkatod 1 enligt uppfinningen. Kameraröret innefattar vidare i ett hermetiskt tillslutet vakuum- rör 33 en fotoledande laddningsplatta 34, som avsökes genom elektronstâlknippet 6, medan kameraröret därjämte innefattar ett system av spolar 37 för att avlån- ka strålknippet samt skärmgaller 39. En scen som skall tas upp projiceras på plattan 34 medelst linsen 38, varvid ändväggen 52 är genomsläpplig för strål- ning. För elektrisk anslutning har ändväggen 53 genomföringar 40. I detta exempel är halvledarkatoden som är visad i fig 1 och 2 monterad på kamerarörets 51 ändvägg 53.

Emedan katoden emitterar elektroner med en mycket en liten spridning i energin är en sâdn katod mycket lämplig för användning i ett sådant kamerarör (eller i ett kort återgivningsrör) i motsats till exempelvis halvledarelektro- der i vilka den emitterande pn-övergångens utarmningszon är exponerad vid ytan, vilka halvledarelektroder emitterar elektroner med en stor energispridning.

Emedan elektronerna inte först koncentreras till en s.k. "cross-over" förblir energifördelningen smal.

Genom att ge delelektroden 9a en högre positiv spänning än delelektroden 9h lämnar elektronerna 6 i detta exempel katoden längs en stympad konyta, var- vid elektronerna till synes kommer från den virtuella källan 32. Detta möjlig- gör ett kortare kamerarör 51 medan å andra sidan dynamisk fokusering är möjlig genom att ändra platsen för den virtuella källan 32 beroende på det ställe på Pooa ensam aoosoro-1 H plattan 34, som skall avsökas, medelst spänningarna på delelektroderna 9a,9b.

Det faktum att elektronerna till synes lämnar katoden längs en (stympad) konyta och följaktligen rör sig längs ytan av strâlknippet har vidare elektron- optiska fördelar i jämförelse med det i fig 4 visade konventionella kamerarö- ret, i vilket elektronerna rör sig över strâlknippets hela tvärsnitt. I reali- teten inverkar systemet av spolar 37 som bekant på de elektroner som rör sig längs strålknippets axel på ett annat sätt än de elektroner som rör sig längs ytan av strâlknippet.

Fokusering på den fotokänsliga plattan 34 är också möjlig genom direkt styrning av katoden. Som följd härav är de fokuserande elektroderna inte nöd- vändiga. Detta betyder å ena sidan att ingen breddning av energispektrat i fo- kuseringspunkten (cross over) äger rum, medan å andra sidan färre hjälpelektro- der i katodstråleröret och ett kortare katodstrålerör kan användas Fig 6 visar en halvledaranordning 1 med en katod, i vilken utarmningszonen sträcker sig upp till ytan 2, såsom exempelvis är fallet i den brittiska pa- tentskriften 1.303.659. pn-övergângen bildas här mellan ett substrat 3 av n-typ och en zon 4 av p-typ vilka utanför ritningen är försedda med kontakter för att förspänna pn-övergången 5 i backriktningen. Som följd härav alstras åter lavin- multiplikation i pn-övergången 5, varvid elektroner kan utträda från halvledar- kroppen, såsom är angivet genom pilen 6. De utträdande elektronerna i en sådan anordning kan äter accelereras medelst en accelererande elektrod 9 vilken för jämförande mätningar är anordnad vid kanten av ett hål 8 i ett isolerande skikt 7, vilket hål exponerar ytan 2. Denna yta som eventuellt kan vara försedd med ett skikt 31 av ett utträdesarbetsreducerande material ansluter sig i detta exempel till pn-övergången 5 och även utarmningszonen 10.

Energifördelningen för de elektroner som utträder från halvledarkroppen som funktion av energin E har i detta fall inte formen av ett smalt band. Mät- ningar på en katod enligt fig 6, i vilken utarmningszonen 10 sträcker sig fram till ytan 2, har visat att energifördelningen kan representeras genom kurvan 17 i fig 7. Förutom en skarp topp 20 som beror på strömmen genom pn-övergången och spänningen på den accelererande elektroden uppvisar nämnda energifördelning ett brett band 19. En möjlig förklaring till detta består i att ett antal elektro- ner, då de genomkorsar utarningszonen, redan erhåller tillräcklig energi för att utträda innan de har genomkorsat utarmningszonen fullständigt. Som följd av detta frigöres dessa elektroner vid olika ställen av ytan 2 inom utarmningszo- nen 10. Emedan i huvudsak hela backspänningen ligger över nämnda utarmningszon uppträder en spänningsgradient i denna del längs ytan 2. Elektroner som utträ- der lämnar följaktligen ytan 2 vid olika startpotentialer och erhåller således olika energier. Den smala toppen 20 Éildas enligt denna förklaring av elektro- se Û Ö ïfi IQ sa i gi: tea wei 8005070-1 13 som har genomkorsat utarmningszonen fullständigt eller i huvudsak fullständigt och lämnar ytan med n-zonens potential som startpotential.

Den i figurerna 1 och 2 visade anordningen kan framställas på följande sätt (tig. 8-10).

Startmaterial är en halvledarkropp 1 av kisel med en zon av n-typ (l4,26) som ansluter sig till ytan 2 och som bildar en pn-övergång 5 med en anslutande zon 4 av p-typ. Denna halvledarkropp kan exempelvis framställas på följande sätt. Ett epitaxiellt skikt 4 med en tjocklek av 10/um och en motståndsförmå- ga av 10 ohm.cm frambringas genom epitaxiell tillväxt på ett kiselsubstrat av p-typ 16 som i detta exempel har en motståndsförmåga av 0,001 ehm.cm. Kontakt- zonen 14 av n-typ anordnas sedan genom diffusion t.ex. av fosfor, i halvledar- kroppen ned till ett djup av ungefär 2/um. Zonens 14 ytkoncentration är t.ex. 1019 atomer/cm3. Ytzonen 26 av n-typ anbringas ned till ett mindre djup än kontaktzonen 14, t.ex. genom en arsenikimplantation. Arsenikjoner implanteras med en energi av ungefär 50 kV och en dos av ungefär 1014 joner/cm2 ned till ett djup av t.ex. 0,2/um.

Ytan 2 belägges sedan på känt sätt med ett isolerande skikt 7, t.ex. ki- seloxid, exempelvis genom termisk oxidation. Ett elektriskt ledande skikt 9, t.ex. ett skikt av polykristallinskt kisel, anbringas sedan på nämnda skikt 7 vilket exempelvis har en tjocklek av 1/um. Dett skikt 9 belägges sedan med ett maskningsskikt 21, t.ex. av kiselnitrid.

Ett hål 22 bildas i nämnda maskningsskikt genom fotolitografiska etsnings- metoder, varefter via nämnda hål först etsas ett hål i det ledande skiktet 9 av polykristallinskt kisel, t.ex. genom plasmaetsning, och därefter etsas ett hål i det isolerande skiktet 7, t.ex. medelst en lösning av fluorvätesyra och amo- niumfluorid i vatten. Den i fig 8 visade konfigurationen erhålles därvid.

Hålet i det polykristallina kislet 9 expanderas sedan medelst underskär- ning fram till kanten 23, varvid det av kanten 23 begränsade hålet således blir större än den del av ytan 2 som är exponerad genom etsningen av det isolerande skiktet 7. Det etsmedel som användes för underskärningen (t.ex. en blandning av fluorvätesyra och saltpetersyra samt ättiksyra) attackerar samtidigt ytzonen 26 av n-typ. Den nämnda etsningsbehandlingen fortsättes tills ytzonen 26 är av- lägsnad utefter hela sin tjocklek vid stället för hålet 22. Emedan det använda etsmedlet också attackerar det polykristallina kislet snabbare i en sidriktning än det monokristallina kislet blir hålet i skiktet 9 av polykristallinskt kisel större än hålet 27 i det monokristallina kislet (fig 9). Borjoner implanteras sedan exempelvis med en energi av 20 kV och en dos av 8.1012 joner/cmz var- vid maskningsskiktet 21 i kombination med det isolerande skiktet 7 tjänar såsom implantationsmask. Efter implantationen diffuseras boret ytterligare om så POÛR QUALITY 8005670-1 14 krävs, vilket resulterar i zonen 24 av p-typ som har en ökad dopning (en ytdop- ningskoncentration av 1017 till l0l8 atomer/cm3) i förhållande till epi- taxialskiktet 4. Den i fig 9 visade anordningen erhålles därvid.

Efter maskningsskiktets 21 avlägsnande etsas oxidskiktet 7 i en lösning av fluorvätesyra och ammoniumfluorid i vatten med skiktet 9 av polykristallinskt kisel såsom etsningsmask. Den exponerade monokristallina kiselytan liksom det polykristallina kislet förses sedan med en oxidhinna 25 med en tjocklek av ungefär 0,02/um, t.ex. genom termisk oxidation. Nämnda oxidhinna tjänar också förutom som skydd under en efterföljande implantation av donatorer att påverka implantationen på sådant sätt att efter implantationen och ett efterföljande glödgningssteg den maximala koncentrationen av de implanterade donatorerna ungefär sammanfaller med halvledarkroppens yta. Detta ger en bra ledning längs ytan. g Donatorerna anbringas t.ex. genom arsenikimplantation ned till ett djup som är mindre än zonens 24 av p-typ djup, t.ex. 0,02/um, med en energi av 40 kV och en dos av 3.1013 joner/cmz. Zonen 3 av n-typ bildas genom denna im- plantation. Dopningen av ytzonen av zonen 24 av p-typ omkastas härigenom, var- vid den återstående delen bildar zonen 12 av p-typ som är visad i fig 2. Den i fig 10 visade anordningen erhålles därvid.

Efter det redan nämnda glödgningssteget avlägsnas oxidhinnan 25 t.ex. ge- nom etsning. Vid ställen som ej är visade i tvärsnittet anbringas kontakthål i det isolerande skiktet för att åstadkomma kontakt med zonen 14 av n-typ, t.ex. före anbringandet av det ledande skiktet 9. Det ledande skiktet 9 etsas under den nämnda etsningen av det polykristallina kislet i ett sådant mönster att de accelererande elektroderna 9a,9b och anslutningselektroden 13 erhålles.

Efter att ha försett anordningen på dess undre sida med ett metallise- ringsskikt 15 erhålles den i fig 1 och 2 visade anordningen. Slutligen anbring- as anslutningsledare på elektroderna 9,13 och 15. Ett skikt 31 av ett utträ- desarbetesreducerande material kan anbringas på ytan 2, t.ex. ett material som innehåller barium eller cesium.

Fig 11 visar ett schematiskt tvärsnitt genom en annan anordning enligt uppfinningen vilken har samma planvy som är visat i fig 1. Tvärsnittsvyn är åter tagen längs linjen II-II. Denna anordning innefattar också en katod med en halvledarkropp 1, t.ex. av kisel, med en pn-övergång 5 mellan zonen 3 av n-typ, vilken ansluter sig till halvledarkroppens 1 yta 2, och en zon 4 av p-typ. Ge- nom att anbringa en spänning i backriktningen över pn-övergången alstras elek- troner vilka kan utträda från halvledarkroppen, såsom är angivet genom pilen 6.

Enligt uppfinningen är ytan 2 försedd med ett elektriskt isolerande skikt 7, t.ex. av kiseloxid, i vilket åtminstone ett hål 8 är anordnat. Inuti hålet P Q QR ~1 K:í_ >= “ _ , ,m- 8005070-1 15 8 sträcker sig pn-övergången 5 huvudsakligen parallellt med ytan 2. Vidare är en accelererande elektrod 9, som i detta exempel är gjord av polykristallinskt kisel, anbringad på det isolerande skiktet 7 vid kanten av hålet 8.

Enligt uppfinningen har pn-övergången 5 inuti hålet 8 lokalt en lägre ge- nomslagsspänning än i den återstående delen av pn-övergången. I detta exempel erhålles den lokala reduktionen av genomslagsspänningen därigenom att inuti hålet 8 utarmningszonen 10 vid genomslagsspänningen är smalare än vid andra punkter av pn-övergången 5. Den del av pn-övergången 5 som har en reducerad genomslagsspänning är skild från ytan 2 genom skiktet 3 av n-typ. Detta skikt har en sådan tjocklek och dopning att utarmningszonen 10 av pn-övergången 5 vid genomslagsspänningen inte sträcker sig upp till ytan 2. Som resultat härav blir ett ytskikt 11 kvar, vilket säkerställer ledning av lavinströmmen. Ytskiktet 11 är tillräckligt tunt för att genomsläppa en del av de elektroner som alstras genom lavinmultiplikation, vilka elektroner utträder från halvledarkroppen 1 och bildar strålknippet 6.

Ytreduktionen av utarmningszonen 10 och följaktligen den lokala reduktio- nen av pn-övergångens 5 genomslagsspänning erhålles i detta exempel också genom att anbringa en kraftigare dopad zon 12 av p-typ inuti hålet 8, vilken bildar en pn-övergång med zonen 3 av n-typ.

Halvledaranordningen är vidare försedd med en anslutningselektrod 13 som genom ett kontakthål är förbunden med kontaktzonen 14 av n-typ, vilken är för- bunden med zonen 3 av n-typ. Kontakt med zonen av p-typ erhålles i detta exem- pel på dess undersida medelst metalliseringsskiktet 15. Denna kontakt sker fö- reträdesvis genom en kraftigt dopad kontaktzon 16 av p-typ.

I utföringsformen enligt fig 11 är donatorkoncentrationen i zonen 3 av n~typ exempelvis 5.1018 atomer/cm3 medan acceptorkoncentrationen i zonen 4 av p-typ är mycket lägre, t.ex. 1015 atomer/cm3.

Den kraftigare dopade zonen 12 av p-typ inuti hålet 8 nära pn-övergången har exempelvis en acceptorkoncentration av 2.1017 atomer/cm3. Till följd härav reduceras pn-övergångens utarmningszon 10 vid ytan av denna zon 12, vil- ket resulterar i en reducerad genomslagsspänning. Till följd härav kommer la- vinmultiplikation att inträffa först vid dessa ställen.

Zonens 3 av n-typ tjocklek är i detta exempel också 0,02/um. Med den nämnda donatorkoncentrationen kan tillräckligt antal donatorer joniseras för att nä den fältstyrka (ungefär 6.105 V/cm) vid vilken lavinmultiplikation börjar att inträffa, medan trots härav ett ytskikt 11 blir kvar, så att å ena sidan ledning till pn-övergången 5 kan äga rum och nämnda skikt å andra sidan är tillräckligt tunt för att genomsläppa en del av de alstrade elektronerna.

Anordningen enligt fig 11 kan framställas på följande sätt (fig 12-14).

POOR QUALITY soosovo-1 _ 1 w Utgângsmateriai är en haiviedarkropp 1 med en zon 14 av n-typ som ansiuter sig tiii ytan 2 och som biidar en pn-övergång 5 med en ansïutande zon 4 av p-typ. Denna haiviedarkropp kan exempeïvis erhåïlas genom tiiiväxt av ett epi- taxiaiskikt av p-typ med en tjockiek av 10/um och en motstândsförmâga av 10 ohm.cm på ett kiseïsubstrat 16 av p-typ som i detta exempei har en motstånds- förmåga av 0,001 ohm.cm. Zonen 14 av n-typ diffunderas exempelvis i haiviedar- kroppen genom diffusion av fosfor ned ti11 ett djup av ungefär 2/um. Dop- ningskoncentrationen i zonen 14 av n-typ vid ytan är exempeivis 2.10 9 ato- mer/cm3.

Ytan 2 beiägges sedan på känt sätt med ett isoïerande skikt 7, t.ex. ki- seïoxid, exempeïvis genom termisk oxidation. Ett eiektriskt 1edande skikt 9, t.ex. ett skikt av poïykristaiïinskt kisei, anbringas sedan på nämnda skikt 7 med en tjockïek av t.ex. 1/um. Detta skikt 9 täckes sedan med ett masknings- skikt 21, t.ex. av kiseinitrid.

Ett fönster 22 för det efterföljande etsningssteget biïdas sedan i nämnda maskningsskikt 21 medest fotoiitografiska etsningsmetoder. Fönstret 22 är så dimensionerat att det i projektion iigger me11an de oïika deïarna av zonen 14 av n-typ. Det underïiggande skiktet 9 av poïykristaïiinskt kise1 etsas sedan genom fönstret 22, t.ex. genom pïasmaetsning. Den i fig 12 visade konfigura- tionen erhâiïes därvid. I Etsning av det poïykristaïïina kisiet fortsättes tiiis hâiet är större än den underiiggande deïen av zonen 4 av p-typ som ansïuter sig ti11 ytan 2, vii- ken är begränsad av deïarna av zonen 14 av n-typ; etsningen fortsättes med andra ord tiïis kanten 23 av håïet i det poiykristaïlina kisiet i projektion ligger över zonen 14 av n-typ.

Via hâïet 22 etsas sedan oxidskiktet 7, t.ex. medeïst en ïösning av f1uor- vätesyra och amoniumfluorid i vatten. Under denna etsning tjänar skiktet 9 av poIykrista11inskt kise1 såsom en mask så att sïutligen håïet 8 erhåïies (fig 13).

Genom borimpïantation anbringas sedan zonen 24 som har en ökad acceptor- dopning jämfört med zonen 4 av p-typ inuti hå1et. Impïantationsenergin väijes så ïåg (t.ex. 10 kV vid en dos av 1013 joner/cmz) att nitridskiktet kan tjäna såsom mask. Efter beïäggningen diffunderas bor ytteriigare om så önskas viïket resuïterar i en ytkoncentration av 1017 ti11 1018 atomer/cm3 (fig 13).

Ett ïjusoxidationssteg användes sedan så att både ha1v1edarytan och kan- terna 23 av håiet i det poiykristaïïina kiseïskiktet 9 beïägges med en oxidhin- na 25. Oxidhinnan har åter en tjockiek av ungefär 0,02 /um (fig 14).

Sedan maskningsskiktet 21 har avïägsnats genomföres en impíantation av 8005070-1 17 donatorer, t.ex. en grund arsenikimplantation ned till ett djup av 0,02/um, varvid skiktet 9 tjänar såsom mask. Denna implantation utföres t.ex. med en energi av 40 kV och en dos av 3.1013 joner/cmz. Emedan implantationen utfö- res ned till ett mindre djup än zonens 24 av p-typ djup blir dopningen delvis omkastad, varvid den återstående delen bildar zonen 12 av p-typ som är visad i fig 11. Efter av oxidhinnans 25 avlägsnande och om så önskas anbringande av ett skikt 31 av elektronutträdesarbetsreducerande material erhålles den i fig 11 visade halvledaranordningen. g Den lokala avsmalningen av utarmningszonen och således en reducerad genom- slagsspänning kan också erhållas på ett helt annorlunda sätt. Fig 15 visar exempelvis ett tvärsnitt genom en halvledaranordning i vilken den emitterande delen av pn-övergången är utbildad mellan en kraftigt dopad zon 3 av n-typ och en zon 4 av p-typ, vilken vid stället för pn-övergången har en zon 4a av p-typ som är omgiven av en zon 4b av p~typ som har en lägre acceptorkoncentration. Övergången mellan zonen 4a av p-typ och zonen 3 av n-typ har således en lägre genomslagsspänning och är belägen fullständigt inom ett hål 8 i ett isolerande skikt 7, på vilket isolerande skikt en accelererande elektrod 9 enligt uppfin- ningen åter är anbringad. Vid hålet 8 sträcker sig pn-övergången 5 i huvudsak parallellt med ytan, 2, medan zonen 3 av n-typ har en sådan tjocklek och dop- ningskoncentration att ett ledande ytskikt 11 finns vid genomslag. Inuti hålet är ytan 2 åter, om så är erforderligt, försedd med ett skikt 31 av ett elek- tronutträdesarbetsreducerande material. Området 4 av n-typ är via zonen 14 av n-typ förbunden med en anslutningselektrod, medan kontakt med området 4 av p-typ kan erhållas på dess undersida via en metallisering 15.

Fig 16 visar ett tvärsnitt genom en anordning i vilken pn-övergången 5 sträcker sig mellan en zon 4 av p-typ och en zon 3,28 av n-typ, varvid zonen 3 av n-typ åter är en kraftigt dopad ytzon medan zonen 28 har en mycket lägre dopningskoncentration. pn-övergången 5 sträcker sig parallellt med ytan 2 bara i det område där nämnda pn-övergång är utbildad mellan zonen 5 av p-typ och den kraftigt dopade ytzonen 3 av n-typ. Ytzonen av n-typ har återigen en sådan tjocklek och dopningskoncentration att ledning längs ytan är möjlig i skiktet 11. Emedan donatorkoncentrationen i zonen 3 av n-typ är mycket högre än dona- torkoncentrationen i zonen 28 av n-typ sker en försmalning av utarmningszonen nära övergången mellan zonerna 3 och 4 och således en reduktion av genomslags- spänningen. Denna zon ligger åter inom hålet 8 i det isolerande skiktet 7, vil- ket i sin tur är täckt med en accelererande elektrod 9.

Fig 17 visar ett tvärsnitt genom den i fig 16 visade halvledaranordningen under ett steg av dess framställning. Anordningen framställes exempelvis genom att utgå från en halvledarkropp 1 av p-typ med en acceptorkoncentration av Pool: .QUALITY- e _. soosoro-1 B 1017 till 1018 atomer/cms, Vid stället för det hål som skall anbringas förses ytan 2 fotolitografiskt med en mask 29, t.ex. av kiseloxid. Ett dif- fusionssteg med donatorer, tsex. fosforatomer, utföres sedan med en sådan kon- centration att den absoluta koncentrationen av donatoratomer i zonen 4b är nâ- got lägre än koncentrationen av acceptoratomer, så att här en svagt dopat zon 4b av p-typ bildas förutom den kraftigare dopade zonen 4a. Ett diffusionssteg, t.ex. med fosforatomer, utföres sedan ned till ett mindre djup än det föregåen- de. Som följd härav erhålles zonen 14 av n-typ med en ytkoncentration av exempelvis 1019 atomer/cmz. Den i fig 17 visade konfigurationen erhålles därvid.

Efter oxidmaskens 29 avlägsnande anbringas åter ett isolerande skikt 7 och ett ledande skikt 9 på ytan 2 och ett hål 8 bildas genom etsning. Med använd- ning av det ledande skiktet 9 eller det isolerande skiktet 7 som mask anbringas ett tunt skikt 3 av n-typ medelst jonimplantation. Implantationen utföres om så önskas genom ett tunt oxidskikt.

Efter att om så önskas åter ha försett ytan 2 inuti hålet 8 med ett skikt 31 av elektronutträdespotentialreducerande material och efter att försett an- ordningen med anslutningselektroder och en metallisering 15 erhålles den i fig 15 visade anordningen. 2 Om det första fosfordiffusionssteget utföres så att den absoluta koncen- trationen av fosforatomer efter diffusionen är något högre än acceptorkoncen- trationen erhålles den i fig 16 visade anordningen med en högohmig zon 28 av n-typ istället för den högohmiga zonen 4b av p-typ.

Fig 18 visar ett tvärsnitt genom en halvledaranordning enligt uppfinning- en, i vilken pn-övergångens 5 genomslagsspänning är lokalt reducerad genom an- bringande av en V-formad urtagning i ytan 2. Till följd av denna form inträffar genomslag tidigare i punkten 30 av V:et än annorstädes i halvledarkroppen till följd av koncentrationen av elektriska fältlinjer.

I det i fig 5 visade kameraröret kan det ledande skiktet 34 ersättas med en fluorescent skärm så att nämnda rör kan användas för återgivningsändamål.

I sådana applikationer kan ett cirkulärt, rektangulärt, elipsoidiskt eller ningen. Det cirkulära, rektangulära, elipsoidiska eller kvadratiska emissions- mönstret återges därvid på känt sätt på en fluorescerande skärm, t.ex. i ett rör av vidikon-typ.

Fig 19 visar en planvy av och fig 20 och 21 visar tvärsnitt tagna längs linjerna XX-XX och XXI-XXI genom en halvledaranordning avsedd för en sådan tillämpning.

Fig 19 visar en schematisk planvy av en kiselbricka 42 i vilken tre kato- Polen; g i 19 80Û5Û70-1 der har âstadkommits, vilka i fig 19 är betecknade med bokstäverna A,B,C.

Lavinmultiplikation inträffar i tre olika pn-övergångar 5a,5b,5c mellan kraftigt dopade zoner 3a,3b,3c av n-typ och en gemensam zon 4 av p-typ som i ändamål att erhålla en reducerad genomslagsspänning vid katoderna A,B och C är försedd med kraftigare dopade p-zoner 12a,12b,12c som ansluter sig till respek- tive pn-övergångar. Ytan 2 är täckt med ett isolerande skikt 7 på vilket acce- lererande elektroder 9a och 9b är anbringade runt de rektangulära hålen 8a,8b,8c. Kontakt med den gemensamma zonen av p-typ erhålles på dess undersida medelst en metallisering 15 via en lågohmig kontaktzon 16 av p-typ. Kontakt med kontaktzonerna av n-typ erhålles via kontakthål med anslutningselektroderna 13a,13b,13c. De accelererande elektroderna 9a och 9b är kamformiga, varvid kam- mens tänder går in i varandra och ett hål 8 med rektangulär form är omväxlande beläget i utrymmet mellan tvâ tänder. I hålen 8a,8b,8c är ytan 2 åter belagd om så önskas belagd med ett skikt 31 av elektronutträdesarbetesreducerande materi- al.

En sådan anordning är mycket lämplig att användas i ett färgåtergivnings- rör, där signaler som svarar mot den röda,gröna och blå informationen matas till anslutningarna 13a,13b respektive 13 c. Genom att ge elektroderna 9a och 9b olika spänningar återges de tre signalerna i tre angränsande punkter på den fluorescenta skärmen.

Ett antal katoder enligt uppfinningen, vilka t.ex. har ett cirkulärt hål omgivet av en accelererande elektrod, kan också vara integrerade i en XY-matris i vilken t.ex. zonerna av n-typ drives av X-linjerna och zonerna av p-typ av Y-linjerna. Medelst styrelektronik, t.ex. skiftregister, vilkas innehåll be- stämmer vilken av X-linjerna respektive Y-linjerna som drives, kan ett givet mönster av katoder bringas att emittera medan de accelererande elektrodernas spänning exempelvis kan ställas in genom andra register i kombination med digi- tal-analogomvandlare. Härigenom kan plana återgivningsanordningar åstadkommas i vilka en fluorescent skärm är belägen i ett evakuerat rum nâgra få mm från halvledaranordningen och aktiverad genom elektronströmmen som kommer från halv- ledaranordningen.

Fig 22 visar en schematisk perspektivvy av en sådan plan återgivningsan- ordning som förutom halvledaranordningen 42 innefattar en fluorescent skärm 43, vilken aktiveras genom elektronströmmen som kommer från halvledaranordningen.

Avståndet mellan halvledaranordningen och den fluorescenta skärmen är t.ex. 5 mm, medan rummet i vilket de finns är evakuerat. Mellan halvledaranordningen 42 och skärmen 43 anbringas en spänning av storleksordningen 5-10 kV genom spän- ningskällan 44, vilken alstrar en sådan hög fältstyrka mellan skärmen och an- ordningen att bilden av en katod är av samma storleksordning som nämnda katod. _ .HH , ____._--~w--.-v-~~-..-~_~._...._.___..v_... ,., W _ _ _ PÛOR QUALITY» 8Û05Û7Û~l , zo Fig 23 visar schematiskt en sådan âtergivningsanordning i vilken halvle- daranordningen 42 är anbringad i ett evakuerat rum 45 ungefär 5 mm från den fluorescenta skärmen 43, vilken bildar en del av en ändvägg 46 till nämnda rum.

Anordningen 42 är monterad på en hållare 39 på vilken eventuellt andra integre- rade kretsar 47 för styrelektronik är anordnade; rummet 45 är försett med en genomföring 40 för yttre anslutningar.

Fig 24 visar schematiskt ett sådant vakuumrum 45. I nämnda rum finns en schematiskt visat system 50 av elektronlinser. I ändväggen 46 finns exempelvis en kiselbricka 48 som är täckt med ett fotoresistskikt 49. Det mönster som alstras i anordningen 42 återges, eventuellt i mindre storlek, på fotoresist- skiktet 49 via systemet av linser.

En sådan anordning möjliggör återgivning av mönster på ett fotoresi st- skikt. Detta ger stora fördelar emedan till följd härav de vanliga fotomaskerna kan utelämnas och de önskade mönstren kan alstras på ett enkelt sätt och, om så krävs, korrigeras via styrelektroniken. ' Det är uppenbart att uppfinningen ej är begränsad till de ovan givna exemplen. I synnerhet då katoden är inkorporerad i en integrerad krets blir exempelvis zonen 4 av p-typ ej ansluten till en anslutningsledare via ett me- talli seri ngsski kt på' undersidan av halvledarkroppen utan via en di ffuserad zon av p-typ. Zonen av p-typ behöver ej heller nödvändigtvis vara ett (epitaxi- ellt) skikt med jämn dopning utan den kan alternativt vara en diffuserad zon.

Såsom redan sagts är olika former tänkbara, i synnerhet vid återgivnings- tillämpningen, vad gäller formen på hålet, t.ex. cirkulära eller kvadratiska.

Genom att exempel vis dela upp den accelererande elektroden i fyra delelektro- der, på vilka olika spänningar kan alstras, kan det utträdande elektronstrâl- knippet avlänkas i olika riktningar.

I en sådan konfiguration, som den som är visad i fig 19, kan de utträdande strälknippena inte avlänkas parallellt med varandra medelst ett annat metal- liseringsmönster, om detta skulle vara önskvärt för applikationen, men kan bringas att sammanfalla i en punkt och avlänkas med andra medel.

Många variationer är också tänkbara vad gäller framställningsmetoderna.

Istället för jonimplantation, såsom i de beskrivna exemplen, kan zonerna 12 och 3 också anbringas medelst en avsättning normalt mot ytan, varefter den indif- funderas. I detta fall avlägsnas oxidhinnan 25 före avsättningen eller anbring- as inte alls. eeee eiïaaïfrif ...

Claims (23)

2: 8005070-1 ßeäenïlsrey-

1» Halvledaranordning för generering av ett elektronstrålknippe, som har en katod innefattande en halvledarkropp med en pn-övergång mellan en halvledaryt- anslutande zon av n-typ och en zon av p-typ, i vilken elektroner alstras i halvleddarkroppen genom lavinmultiplikation vid tillförande av en spänning 1 backriktningen över pn-övergången, vilka elektroner härrör från halvledarkrop- pen, k ä n n e t e c k n a d av att ytan är försedd med ett elektriskt isole- rande skikt, i vilket minst ett hål är upptaget, varvid minst en accelererande elektrod är anordnad på det isolerande skiktet vid kanten av hålet och varvid pn-övergången, åtminstone i hålet, sträcker sig huvudsakligen parallellt med halvledarytan och inuti hålet uppvisar en lokalt lägre genomslagsspänning än i den återstående delen av pn-övergången, varvid delen med lägre genomslagsspän- ning är skild från ytan genom ett n-typsledande skikt med en sådan tjocklek och dopning att pn-övergångens utarmningszon vid genomslagsspänningen inte sträcker sig upp till ytan utan förblir skild därifrån genom ett ytskikt, som är till- räckligt tunt för att genomsläppa de alstrade elektronerna.

, 2. Halvledaranordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att genomslagsspänningen är lokalt reducerad genom en lokalt kraftigare dopad zon av zonen av p-typ, vilken zon sträcker sig in i utarmningszonen åtminstone i driftstillståndet.

3. iwlvledaranordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att den kraftigare dopade zonen av p-typ ansluter sig till pn-övergången.

4. Halvledaranordning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att.bredden av den kraftigare dopade zonen av p-typ är högst 5/um.

5. Halvledaranordning enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d av att tjockleken av det ledande skiktet av n-typ är minst 0,01/um och högst flwzïum.

6. Halvledaranordning enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k- n a d av att hålet har formen av ett smalt spår med en bredd som är av samma stprleksordning som det isolerande skiktets tjocklek.

7. Halvledarannrdning enligt något av patentkraven 1 -6, k ä n n e t e c k- n a d av att den accelererande elektroden är utförd av två eller flera del- PooR QUALITY e aoosoro~1 i 2, elektroder.

8. Halvledaranordning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d av att hålet bildar ett huvudsakligen ringformigt spår, varvid en delelektrod är belägen inuti det ringformiga spåret och en delelektrod är belägen utanför det ringformiga spåret,

9. Halvledaranordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att det ringformiga spårets centrumlinje bildar en cirkel.

10. Halvledaranordning enligt något av patentkraven 1-9, k ä n n e t e c k- n a d av att halvledarkroppens yta är täckt åtminstone vid hålet med ett elek- tronutträdesarbetespotentialreducerande material.

11. Halvledaranordning enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k n a d av att det nämnda materialet innefattar ett av materialen ur gruppen cesium och ba- rium.

12. Halvledaranordning enligt något av patentkraven 1~11, k ä n n e t e c k - n a d av att halvledarkroppen består av kisel.

13. Halvledaranordning enligt något av patentkraven 1-12, k ä n n_e t e c k- n a d av att den accelererande elektroden innefattar polykristallinskt kisel.

14. Sätt för framställning av en halvledaranordning enligt något av patent- kraven 1-13, k ä n n e t e c k n a t av att utgângsmaterialet är en halvledar- kropp som har en ytansiutande zon av n-typ vilken bildar en pn-övergång med en zon av p-typ som ansluter sig till densamma, att ytan täckes med ett isolerande skikt, att det isolerande skiktet täckes med ett elektriskt ledande skikt som därefter belägges med ett maskerande skikt, att ett hål tas upp i masknings- skiktet varefter det ledande skiktet och det isolerande skiktet avlägsnas suc- cessivt via nämnda hål genom etsning, varvid åtminstone hålet som etsas i det ledande skiktet är större än en underliggande ytdel inom vilken zonen av p~typ ansluter sig till ytan, att med användning av maskningsskiktet eller masknings- skiktet tillsammans med det isolerande skiktet såsom mask acceptoratomer där- efter intöres i nämnda ytdel för att bilda en zon av p-typ vilken är belägen inom nämnda ytdel och har en högre dopningskoncentration än förutnämnda zon av p-typ, varefter maskningsskiktet avlägsnas och med användning av det ledande skiktet såsom mask donatoratomer införes i ytdelen ner till ett djup som är FÛQR 23 8005070-1 mindre än djupet hos zonen av p-typ, varvid det ledande skiktet tjänar såsom accelererande elektrod och zonen av n-typ och zonen av p-typ förses med an- slutningsledare.

15. Sätt enligt patentkravet 14, k ä n n e t e c k n a t av att donator- och acceptoratomer införes genom jonimplantation.

16. Sätt enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda ytdel före implantering av donatorjonerna förses med ett oxidskikt som avlägsnas ef- ter implantationen.

17. Sätt enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k n a t av att donatorjoner- na implanteras med en sådan energi via oxidskiktet att den maximala donatorkon- åcentrationen i huvudsak sammanfaller med halvledarkroppens yta.

18. Sätt enligt något av patentkraven 15-17, k ä n n e t e c k n a t av att zonen av n-typ från början också utbreder sig vid stället för det etsade hålet och att efter etsning av det isolerande skiktet med användning av det ledande - skiktet såsom etsningsmask zonen av n~typ vid nämnda ytdel etsas bort utefter hela djupet, varefter zonen av p-typ implanteras med användning av det isole- rande skiktet“såsom mask.

19. Sätt enligt patentkravet 18, k ä n n e t e c k n a t av att hålet i det isolerande skiktet efter framställningen av zonen av p-typ men före implante- ring av donatorjonerna förstoras tills det är större än det i det ledande skik- tet och sträcker sig under kanten av det ledande skiktet.

20. Sätt enligt något av patentkraven 14-19, k ä n n e t e c k n a t av att zonen av n-typ, zonen av p-typ och det ledande skiktet består av kisel.

21. Sätt enligt något av patentkraven 14-20, k ä n n e t e c k n a t av att det elektriskt isolerande skiktet består av kiseloxid och maskningsskiktet består av kiselnitrid. Pool? QILaLITy 8005070-'3 Zä

22. Användning av en halvledaranordnïng enligt något av patentkraven 1-13 för att generera ett elektronstråïkníppe í ett kamerarör.

23. Användning av en halvledaranordnïng enligt något av patentkraven 1-13 för att generera ett elektronstrålkníppe i en återgivnïngsanordning.