TW398003B - Electron tube comprising a semiconductor cathode - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 描述 本發明是關於包含一種半導體陰極放置在支撐物上且用 來發射電子的電子管。 該電子管可使用為顯像管或攝影機（camera tube)，但 可以替換安裝使其適合於電子微影應用或電子顯微鏡。 上面提到的電子管種類揭露於美國專利5, 444, 328。在 所謂的半導體陰極或冷陰極中pn接面操作在逆偏壓下，此 情況下電荷載子的累增放大發生。結果，電極可以獲得足 夠能量來超越功函數電壓。電子的釋放可以藉由存在可降-低功函數電壓材料來達成。 铯為一種可降低功函數電壓的材料而氧為功函數電壓增 加材料。同時鉋展現較多的氧污染表面脫附。因此，潔淨 的陰極表面是重要的。在沈積鉋之前，矽陰極表面的二氧 化矽以氫氟酸蝕刻除去。然而在電子管的製造過程中，該 電子管必須被釋氣。 在該電子管釋氣期間，為了能夠快速地自管壁移除足夠 程度的吸附氣體升溫是必要的。在該製程中許多氣體被移 除而會導致矽陰極表面在此高溫下再被氧化（H20， C02，. . ·）。 本發明是基於實際上若此現象不被考慮或制衡，電子管 運作的陰極發射將會遠低於期望值。 ' 所以本發明的目的在於提供包含安裝可以減少加熱電子 管時（在釋氣期間）暴露之矽陰極表面不必要氧化的半導 體陰極的電子管。 -

第5頁 五、發明說明（2) 此目的可以起始章節（opening paragraph)所描述的電 子管種類來達成，其中來源被放至於陰極附近；較佳地使 來源面對陰極的自由矽表面而能夠在高溫下誘導出還原 劑。在此被使用的還原劑是一種氣體分子在高溫釋氣情況 下能夠把矽表面去活性或甚至移除生長在矽表面氧的化合 物。此製程相較於進行生產陰極的製程步驟，氫氟酸、水 氣及氮氣混合物由外部被吹入管内且擴散到整個陰極表面 而致使矽表面被氫及氟原子去活性。這些原子佔據表面矽 原子鍵結位置且因此排除例如由氧或水氣造成的氧化。很 明顯的在釋氣過程，此者活性步驟（使用所謂的氫氟酸噴（1 射氣體氣流）並不適合。基於這個理由’本發明提供一種 來源能夠在高溫下誘導出還原劑。在釋氣過程溫度範圍介 於2 0 t到4 0 0。(：之間，且尤其是2 0 °C到3 4 0 °c之間。 較佳地，還原劑包括氟及氟化合物。例如’一種能夠在 高溫下放出氟或氟化合物（例如氫氟酸）的材料，inaCorn = 可以在高溫下誘導出另〆種適合使用的材料是硼矽酸鹽破 璃或其他能夠在高溫下誘導出氟的玻璃。 根據替代的具體實施例’來源可以疋包括還原劑的基質 (mat r i X );該試劑可以在減速下被釋放出來。因此，在整、 個釋氣過程分子可以被釋出。例如，該基質可以是溴化鉀 錠劑。欲製備該錠劑，溴化鉀可以與還原劑一起壓製成錠. 劑 。 不管是否包含支撐物，試劑均可以選擇姓地被網版印刷 於安置在陰極附近的細胞上。

第6頁 五、發明說明（3) 本發明的這些及复π ^ 後將會更明顯：以考往後描述的具體實施例 使也述的具體實施例來參考說明。 在圖不中，根據本發明： 』木/ 圖1顯·示一具電子管，以& 圖2以示意圖展示圖一的一部份，以及 ^ ^極（_累增冷陰極）的剖*示意圖。 展不—具電子管，在此情況下陰極射線管 圖像。此電子管1包含顯示視窗2、圓錐體3及具 如2 %的#底。在此範例中’具有支撐物6的底牆5位置 代’、、面給一或多個具有發射表面8的半導體陰極7 (ρη毛射極）放置。該半導體陰極為描述於美國專利 5, 444, 328的累增崩清形式。 在底部4裝置格網電極9、10及更進一步地偏折電極u。 陰極射線管更包括磷材料螢幕12於圖像顯示窗的位置。其 他形成部份此陰極射線管的元件，例如陰影光罩等為了簡 化姐未展示於圖h為了電氣連接interalla、陰極及加^ 電極，底牆5提供供電端子（feedthroughs 13)給這些元件 透過連接線電氣連接到連接端子。 氧氣與臭氧混合氣體被吹入同時加熱中的陰極表面，例 如電子管釋氣前的矽表面。此製程步驟是進行陰極表面唉 氫化合物的移除。過一會兒，氫氟酸、水氣及氮氣混合氣 體被吹到陰極上。此製程步驟用來移除陰極表面的二氧化 矽層。這兩個製程步驟對於在陰極射線管釋氣後獲得良好 的陰極發射是必需的。當一氧化€夕在氫氟酸氣體叙刻劑方

第7頁 五、發明說明（4) 法移除後，矽表面被氫原子及氟原子去活性。這些原子在 表面佔據矽原子的自由鍵結位置，因此可以避免例如在氣 體蝕刻操作後被氧或水氣氧化。氫原子去活性的方法相較 於使用氟原子的π活性是較佳的，因為可以在高溫下保持 穩定。 —圖2展示根據本發明一具電子管可能的部份架設。在被 女置為擋板的第一格網9内，支撐物6支撐住半導體陰極 7 。玄支撐物6經由連接元件1 5連接到格網Θ上。格網Θ、1 〇 被夾板元件1 6固定到一個較大的組件裝 個主要絶源…在此例子中是绝〜鉻分配器。V鉻3器（-及陰極經由連接線19被電氣連接在一起。其他電氣連接， 例如格網9、10為了簡化並未展示在圖2中。 :同已在起始章節所討論的’在電子管活化期間為了降 導體陰極的功函數’由主要來源工8的絶被蒸鍍。在使 用期間，铯喪失。這可歸因於數個可能。 例如，絶在使用環培下剩_ h @ . 衣兄下對於乳化性氣體（例如水氣、

Li :乳化碳2存在是敏感的。此夕卜，絶具有高的蒸汽 失。此夕卜，酬電子刺激S Λ 度升南致使絶喪 導绝的脫附，肖別是來自稍微氧 」七射的包子謂 m. ^ ^ 位礼化表面的脫附。此鉋損头 广一 土，、使用晉°P期間陰極的電子發射係數下降，致使# 的石夕表面是被妥善控制的的—個基本條件是絶所沈積 如同上述，本發明提供一種在電子管釋氣過程中抵抗石夕 五、發明說明（5) 表面氧化的方法。為了此目的，在高溫释氣過程中來源i 7 釋放出一種還原劑，特別是氟或氟化合物被放置在陰極附 近。在一個具體實施例中，來源1 7是一種mac〇rT«零件，例 如帶狀物或環狀物；被固定在第一格網9的一邊，第一格 ’罔9座在陰極8自由表面的反邊。也可能替換使兩删石夕酸鹽 玻璃為電子管的部分。

MacorTM是來自康寧（c〇rn ing)的一種可加工玻璃，其可 以‘準金屬加工器具於最後步驟加工。其母玻璃是一種相 分離嚴重包含富有氟顆粒的白色混濁破璃《加熱到8 2 5 °C 後’層狀雲母相玻璃f lu〇r〇ph〇1 g〇p i te (ΚΜ&)Α以丨几义 （ 生成 結不其微結構是一種包含相當多交互咬合的二維雲 母結晶陣列分散在脆性玻璃基質中。 還原劑此一術語被認為是指一種能夠在升溫釋氣過程再 次使矽表面去活性的氣體分子，或甚至使矽表面生成的氧 化物再次被移除。 則式進行於安置在氫氟酸氣體流動下使其面對陰極的陶 党macor^i ’顯示載安置該mac〇rTM後陰極發射增加到較高的 數值。這可以解釋如下：在升溫釋氣過程中，氟化合物被 釋放來去活性/還原陰極表面。 釋氣過程溫度通常在2 0。(：到3 4 0。(：。 圖3為所謂的累增冷陰極（AC cathode)架設的示意剖面 圖。此陰極包含—個矽基材20及pn接面。基材的自由表面 (、發生電子發射）與一種以絕緣層22和基材分隔的平面電子 光學糸統21被提供出來。該陰極更包括產生電子光學系疵

第9頁 五、發明說明（6)

激發電壓 號相關的 本發明 範圍内對 需要使用 物可替換 裂區域3 1 允許這些 雉器。也 如根據負 麵。此外 辏地固定 如同前迷 攻率增力〇 的 f i r s 電壓。 當然不 於前習 為半導 使用為 ，31’ 區域被 有可能 電子親 ’陰極 I含有 的使用 欵應的 t means，而second means來供應视訊信 偈限在本文所描述的範例中，而且本發明 技藝者很化是可行的。例如，矽益不 體主體；售‘化矽或砷化鎵的As-B5族化合 另外的半暑難材料。在p型區域1 9，5〇及11 ，5 1可以連(g;到數個位置。如果需要，這n 區分為子區域；如此有益於連接到高壓°連 使用丹有不同工作原理的半導體陰極， 和性原理（ΝΕΑ -陰極）或場發射極操作的阶 不需要放置在真空室内，例如它們可以^ 惰性保護氣體的空間中。在這種連接下 的惰性保護氣體是沒有或很少有電子為 氣體。 、

Claims (1)

1. _398003_ 六、申請專利範圍 1. 一種電子管，包括一配置在支撐物上且用來發射電子 的半導體陰極，其特徵在於一來源配置於該陰極附近，該 來源升溫時能夠誘導出還原劑。 2. 如申請專利範圍第一項的電子管，該來源係配置使其 面對陰極的自由表面。 3. 如申請專利範圍第一項的電子管，該還原劑包含氟或 氟化合物。 4. 如申請專利範圍第一項的電子管，該來源包含 macor™ 。 5. 如申請專利範圍第一項的電子管，該來源包含玻璃材〔 料。 6. 如申請專利範圍第五項的電子管，該玻璃包含硼矽酸 鹽玻璃。 7. 如申請專利範圍第五項的電子管，該陰極具有自由的 石夕表面。

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