TW559850B

TW559850B - Tunneling emitters and method of making

Info

Publication number: TW559850B
Application number: TW091122404A
Authority: TW
Inventors: Sriram Ramamoorthi; Zhizhang Chen
Original assignee: Hewlett Packard Co
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2003-11-01
Also published as: KR20030036013A; EP1308980A3; US20030168956A1; JP2005135930A; US20030080330A1; US6806488B2; JP2003141984A; EP1308980A2; CN1426082A; US6558968B1

Description

559850 玖、發明說明發明說明續頁

I：發明戶斤屬之技術領域;J 發明相關領域本發明係與場發射裝置有關。本發明特別是與利用穿隨效應的平面場發射器與其在電子裝置中的用途 5 有關。【先前技術3 發明背景一些不同的場發射裝置係被設計與製造以用在顯示裝置或例如儲存裝置的其他電子裝置中之電子發射 10 。傳統上，例如電子管熱電子發射的真空裝置，必需加熱陰極的表面來產生電子發射。電子係在一真空空間中被引至一會吸引電子之預定電壓的陽極結構。對於例如陰極射線管的顯示裝置而言，陽極結構係被覆蓋磷光物質以致於當電子打在磷上的時候，光子因而 15產生創造一可見的影像。冷陰極裝置，像是史賓特尖端（spindt tip;點尖端）已經在一些應用中被用來或設計來取代熱陰極技術。然而，要減少其之尺寸並整合一些史賓特尖端而同時維持可靠性是困難的。在尺寸減少的時候，史賓特尖端更易受到在真空中的污染物 20在被電子打擊而變得離子化所造成的損害。該離子化的污染物然後被吸引並撞及到史賓特尖端，因而造成損σ為了要增加史賓特尖端的壽命，該真空空間一定要有更南的真空。一具有較大之發射表面的平面發 6 559850 玖、發明說明發明說明續頁射器可以在比較低真空需求中可靠地操作^然而1~ 於一些應用而言，來自傳統的平面發射器之電流密度的數量並不夠高而無法使用。因此需要有創造一個在低度真空環境中也能夠可靠地操作的具有高能量電流 5 密度的平面發射器。 I：發明内容3 發明摘要一發射器其具有電子供應層和被形成在電子供應層上的穿隧效應層。可選擇地，一絕緣體層係在電子 10供應層上开》成並且具有界定在其中的開口，穿隨層係在其中形成。一在穿隧層上形成的陰極層。一傳導性層其係部份地設置在該陰極層上，且如果有絕緣體層的話其係部份地在絕緣體層上。傳導性層界定一第一開口以提供一用於電子及/或光子能量發射的表面。較 15佳第且是可選擇地，該發射器係被進行退火處理藉此增加由電子供應層穿隧至陰極層的電子供應。圖式簡單說明參照下列圖式將會更加了解本發明。該等圖式的元件並不一定是依照彼依此的相對比例。然而，重點 20是在於清楚例示說明本發明。此外，在一些圖中類似的元件編號係對應類似的部件。第1圖是結合本發明之穿隧發射器的一典型例說明0 i 7 559850 玖:發明說明弟2圓是使用第！圖的穿«射器— 焦的電子射束之典型例說明。積第3圖是包含_些_發射器和—光學透鏡的版私路以產生—顯示裝置的—典型例說明。弟4圖結合複數個穿騎射器與控制電路的積體電路之典型方塊圖。第5圖疋一包含—透鏡以聚焦由穿隧發射器所放㈣能量發射的之積體電路上的穿隨發射器之典型例 0兄明。第6圖是-包含複數個穿随發射器與產生或通過光子的陽極結構之積體電路所產生的典型顯示裝置。第7Α圖是一用於讀取與紀錄資料在可複寫媒體上的與包含有複數個穿㈣射器的積體電路結合之典型储存設備。第7Β圖是與第7Α圖的典型儲存設備結合的典型讀取電路的示意圖。第8圖是典型穿隧發射器的頂視圖。第9圖是在第8圖中所顯示的穿隨發射器的业型剖視圖。第10圖疋與本發明的穿隧發射器結合之電子裝置顯示裝置或儲存設備的至少之一者結合的電腦之並型方塊圖。 559850 玖、發明說明第圖传盔 --- '、马用於產生本發明的穿隧發射器之第f典型方法的典型步驟的例示說明。口口第12 D圖係為用於產生本發明的穿隧發射器之第，、型方去的典型步驟的例示說明。第 13A 和圖疋用於最佳地改良本發明之穿隧發射器的典型退火過程序之圖示。 L實施方式】較佳與任擇的具體例之詳細說明 ίο 15 本發明係與藉由使用—具有介於大約5G和大約5_ 埃間之夠薄的穿隨層，以在和一電子源與一平面陰極表面之間提供-電場而提供一高程度的平方公分發射電流之場發射發射器有關。傳統的平面發射H型裝置會有低的表面積平方公分發射電流，且因此在__些應用中是無法使用的。本發明使用一具有對直接穿隨作用具有高介質強度的金屬簇介電質適當瑕疫之石夕基介質或其他的穿随材料之一的薄沈積物，來產生一電子可以較佳地直接或通過該介電質中之缺陷而在電子源和陰極表面之間穿隨的道障壁物。藉由使用此種材料，發射電流可以達到較傳統的平面發射器技術一、二或二個數量級之大於每平方公分10毫安培、100毫安培或1安培。實際的發射率將會依據所選擇的設計和與所用來作為穿随層材料的厚度而不同。除了發射電子，本發明也能夠使與本發明結合的發射器的產生 9 20 玖、發明說明發明說切續頁用於其他用途之光子發射。本發明的進一步優點和特點將會在下列之本發明的、其之製造方法與不同應用用途之描述中，變的更佳的明顯。在本圖示說明中，該發射器元件的各種不同部件並未依比例劃出。某些尺寸係相對於其他尺寸而放大以提供較清楚的說明與理解本發明。為了例示說明，在此所例示說明的具體例係以二維視角來顯示一具有深度和寬度的各種不同的區域的空間。應該要了解的是這些區域是僅以一袭置的單一基本單元的部分來例示說明，其三度空間的結構中可能架構有包含多數個此種的基本單元。因此，在製造一實際的裝置時，這些區域將包括有長度、寬度和深度三個尺度。更進一步的1¾，本發明的一態樣是其可以用傳統的積體電路薄膜技術來製造。一些不同的技術可以用來進行一些該加工步驟且其係可以被習於此藝者用加以更換舉例來說，材料的沈澱可以藉著一些加工程序進行’舉例來說例如蒸發、賤散、化學汽相沈積、分子束蠢日日、光化學汽相沈積、低溫光化學汽相沈積和電漿沈積等等。另外，現存一些不同的餘刻技術諸如濕式钱刻、乾式钱刻、離子束钱刻，反應性離子姓刻和電水餘刻，像疋圓筒型電漿韻刻和平面電漿餘刻等等一些可能的蝕刻技術。實際使用技術的選擇將依據在 ’、他的因素中所使用之材料和成本的標準而有不同。 559850 玖、發明說明發明說明續頁第1圖是發射器裝置50的一典型圖，較佳地為一用一於電子和光子發射的平面發射器，其包含一電子源1 〇。在電子源1 〇上係為一穿隨層2〇。較佳地，該穿隨層20係由一金屬簇介電質或一矽基礎介電質所形成 5 。典型的金屬簇介電質包含有矽硝酸鎢（WSiN)或氧化组（TaO)、氧化鈦（丁i〇x，其中χ=〇·5到25)。同時，组氮氧化鋁（TaA10xNy)、鈕氧化鋁（TaAlOx)、氮氧化銘（Al〇xNy)或其他的過渡金屬（tm)氧化物或氮氧化物（〇1\1)0,或（TM)OxNy)都被認為可以用來作為 1〇穿隧層20。一個金屬簇介電質穿隧層係較佳地具有少於500埃的厚度，且更較佳地該厚度係介於大約5() 到大約250埃的範圍，例如是1〇〇埃或更少。典型的矽基介界質是 SiNx、Si3N4 (RI〜2.0)、SixNy (x:y>3/4， RI〜2.3)、和 SiC。同樣地，Fy_Si〇x 和 Cy_Si〇x 係被. 15認為能夠被用來作為穿隧層20。該矽基介電質層係較佳地具有大約500埃的厚度、且更佳地該厚度係介於大約250到大約5000埃的範圍裡，例如是5⑼埃或更少。所選定的厚度會決定穿隧層2〇所必須能抵抗的電場強度與所欲的發射器發射電流。一個陰極層 20 14係被沈積在穿隧層2〇上，其係較佳地為一例如鉑、金、鉬、銥、釕、钽、鉻的薄膜導體，或其他的折射性金屬（refractive metal)或其等之合金。其他陰極層也可被使用且係為習知技藝中已知的。較佳地，陰 11 559850 玖、發明說明發明說明續頁極層的厚度是介於30到150埃之間。當!-- 器電屢Vc (大約3-20V)的電壓源24被施加至該陰極層14，而電子經由一接觸12而供給1〇，電子直接地或間接地從基材10 (—電子供給物）穿隧至該陰 5極層14。當在穿隧層20有瑕疵的時候，電子穿隨經過的電場係被與各種不同的間隙所中斷，而來自陰極層丨4的表面之電子發射16係大於傳統設計。或是 ’如果該介電質夠薄的話，會直接發生穿隧現象。同守些光子發射18會與電子發射16 —起發生， 10以自發射器50形成能量放射22。該電場係用等式2=一^而以各種不同的厚 ^hiekfiess 度來汁算，其中ithickness是穿隧層2〇的厚度。舉例來說，當ve=i〇 V，穿隧層2〇的厚度為5〇〇埃的時候°亥電場會等於2 X 106伏特/公尺。特定介電質的最小厚度會依據其之介電質強度而改變。較佳地，-金屬箱介電質穿隧層2〇係被濺散沈積。藉著使用金屬鎮介電質作為穿隨層，非常高的電場強度可以被施加在該電子源10和該陰極層14之間以 20達成較高的發射現象，因為該金屬鎮介電質可以抵抗更加高的電場強度而不會故障。金屬鎮介電質允許直接穿隧現象的發生。 12 559850 玫、發明說明發明說明糸買頁較佳地，一矽基介電質穿隧層20係使用電漿增強化學汽相沈積作用（PECVD)來沈積。藉由使用石夕基介電質作為穿隧層，有缺陷的區域在材料各處生成，由於電場係在電子來源10和陰極層14之間產生，而 5 使得穿隧作用經過各種不同瑕疵而進行。第2圖是使用第1圖的發射器50的一典型圖示。在這一個應用中，發射的電子16係被一例如在導體中的孔洞之靜電聚焦裝置或透鏡28所聚焦，該孔洞係被設定在一預定的可被調整以改變透鏡28的聚焦 10效果之電壓。習於此藝者將會瞭解該等透鏡28可以用超過一個的導體層所製成，以產生一所需的聚焦效果。發射的電子16係被透鏡28聚焦成一聚焦到陽極結構30上的聚焦光束32。該陽極結構3〇係被設定在一陽極電壓Va 26，其之狀態會依據該發射器5() 15的所欲用途和其與陽極結構30的距離而改變。舉例來說，當陽極結構30係為一可記錄媒體的儲存設備 ’ Va可能選自500和1〇〇〇伏特之間。該透鏡藉著在其之孔洞裡面所形成的電場34來聚焦發射電子16。藉由對v，設定適當的電壓，從發射器被 20發射的電子係被導引至篩孔的中心，且然後更進一步備吸引到陽極結構30以形成該聚焦光束32。第3圖是一顯示裝置4〇的典型具體例，其具有一包含有多數個形成像素群的陣列之積體式發射器1〇〇的 13 559850 玖、發明說明發明說明續頁積體電路52。該積體式發射器1〇〇會發射為一可見光之發射光子18，其係被一光學透鏡38聚焦成一可如一影像來被檢視的聚焦光束。較佳地，該光學透鏡 38係被塗佈以一例如銦氧化亞錫的透明導體表面，以 5 捕捉從發射器發射的電子。第4圖是包含一積體電路52的典型具體例，其包含一積體式發射器100但是其係較佳地為排列為一陣列之積體式發射器100。一發射器控制電路72係被整合在積體電路52上，並被用來操作該至少一個整合發射器100。第5圖是一積體電路52的典型具體例，其包含一積體率發射器100與一透鏡陣列48。該積體電路52 係在一傳導性基材10上形成，其係較佳地濃密地摻雜了矽或一傳導性材料以提供一個電子來源，例如是 15 一個薄膜傳導性層。在基材1〇上沈積一厚度在大約 5〇埃與大約5000埃之間的穿隨層2〇，其係較佳地大約為100埃，雖然對於一些應用和材料而言大約 5〇到大約750埃是更佳地。不同半導體薄膜材料層係被施加到基材1〇並蝕刻成積體式發射器1〇〇。一 20陰極層14係被沈積在該穿隧層上，其係較佳地為一鉑、金、鉬、銥、釕、鈕、鉻的薄膜傳導性層，或其他折射性金屬或其等之合金。該陰極層14形成一能量係以電子與光子的形式發出的陰極表面。透鏡 14 559850 發明說明If胃玖、發明說明陣列48係被使用傳統薄膜加工處理來施力一界定於一傳導性層裡面的透鏡28，該透徑係與積體式發射器100對準以將來自積體式發射器1〇〇的能 ϊ聚焦在陽極結構76上。陽極結構76係位距離積 5體電路52 —目標距離74。第6圖是使用本發明的積體式發射器1〇〇的顯示裝置應用的另一個具體例。在這個具體例中，數個發射器1 〇〇係被設置並形成一積體電路52。每個發射器 100係以發射電子16或發射光子18的形式放射出 10發射旎1 22 (第1圖）。一陽極結構，顯示器40，形成顯示裝置的次像素42，其接收在顯示裝置像素44 所$出的此里。顯不裝置次像素42較佳地係為當被發射電子16打擊的時候會產生光子的磷材料。任擇地，被能發射22的或者，顯示器次像素42可以是 15半透明的開口以允許能量放射22的發射光子^可以通過顯示裝置40以直接地檢視光子。囬，蜾體58。媒體58 3亥移動器相對於該積體第7A圖是在一儲存設備中積體式發射器1〇〇的另種用途在這個典型具體例中，一積體電路（ic) 52 具有數個具有透鏡陣列48積體式發射器1〇〇，盆盘 W積體式發射器⑽對準之具有聚焦作用的透鏡陣^ 48。該透鏡陣列48係被用來產生_聚焦束，該聚焦束32係被用來影響一記錄表面，媒體

15 玖、發明說明式發射器100將媒體較佳地，該移動器56 62 ° 發明說明續頁 58設置有在積體電路52上。具有一整合在其中的讀取電路在苐7Β圖中，靖& $ 項取态62係以一與媒體58形成第一_接觸64且與較佳地為—半導體或導體基材之器56形成第二歐姆接觸66的放大器砧。當一 …、束2 #丁 $媒體58的時候，如聚焦束的電流密度夠阿的#，該媒體係會相變而產生-受影響的媒體 10 15 區域60。當-低電流密度的聚焦束％被施加到媒體表面時不同比率的電流會被放大器68偵檢到而產生項取器輸出7〇。因此，藉著來自積體式發射器 •的此里來影響媒體，資訊係使用媒體的結構相變特f生而被儲存在媒體中。此種的相變材料係為其他的#於此藝者所知的相變材料有例如硫族元素匕物 5 金’舉例來說：GaSb、InSb、InSe、Sb2Te3、

Ge2Sb2Te5、InSbTe、GaSeTe、SnSb2Te4、InSbGe、

AgIllSbTe、SbTe、GeSb(SeTe)、TeslGei5Sb2S2 和 GeSbTe 。第8圖是本發明的積體式發射器100的典型具體例 20的頂視圖’其包含一在陰極層14裡面的發射區域84 。"亥陰極層14係被電氣地連接且沈積在傳導性層82 之下’該傳導性層係被更進一步部分地沈積在絕緣體層78之上。該積體式發射器100係被顯示成較佳地 16 559850 玖、發明說明為圓形，然而也可以使用其他形狀。由於沒有可能會影響電場強度之不連續邊緣，圓形是較好因為在其中所產生的電場是更一致的。 5 10 第9圖是由轴線9_9所見之第8圖中所顯示的積體式發射器iOO的典型具體例的橫剖面圖。較佳地為一傳導性層或一被大幅換雜的半導體之基材10提供電子供應給穿_ 2〇’料_储沈齡_被界定在絕緣體層78裡面的開口之中，且其係部份地被沈積在絕緣體I 78的表面之上。較佳地為—薄膜傳導性層的陰極们4,健沈積在穿„ 2()之上且係部份地被沈積在傳導性層82之下，藉此與傳導性層產生電力接觸。可選擇地，可以在傳導㈣82之前施加以供黏接傳導性層82和絕緣層78之間的介面之例 15 發明說明續頁如钮的黏著性層’會因為所選擇的絕緣體層78和傳導性層82的特定材料而有不同。第10圖疋包含微處理器96、與微處理器％連接的記憶體98的電腦90 ’以及儲存設備94和顯示裝置 92的電子裝置之錢圖。料電子裝置係被連接到微處理器96。該微處理器％能夠執行來自記憶體的指不’以允5午在記憶體和例如儲存設備％和顯示裝置 92的電子裝置之間的數據轉移。每個電子裝置都包含了具有―結合本發明的發射ϋ之積體電路，且較佳1 係為-用來聚焦發射器的發射現象的聚焦裝置。該發 17 20 559850 ίλ、發明說:明翻說明續頁射器具有-在其上沈積-絕緣層的電子供緣層具有-開口，在其内界定有一在電子供給層上形成的穿隧層。在穿隧層上是一個陰極層。較佳地但是可選擇地’該具有發射器的積體電路已經進行退火作 5用’藉此增加可以從電子供給層穿隨到陰極層的電子供給。第11A至，J 1U圖例示說明用於產生與本發明結合的發射器之典型加工步驟。在第nA圖中，一介電質光罩102或光阻係被施加到一較佳地為一矽半導體基材 10之基材10上，雖然基材10可以是一傳導性薄膜層或一傳導性基材。較佳地基材1〇具有大約1〇〇到 0.0001個歐姆公分的薄膜電阻。當基材10是一個矽基材的時候，在第11B圖中係較佳地以場氧化層（FOX)生長來產生了一絕緣體層78 15 。可選擇地，該絕緣體層78可以由其他氧化物、氮化物或其他的傳統介電質來沈積、單獨生長或結合使用傳統半導體加工方法而形成。該絕緣體層78會在基材10上除了被光罩1〇2所覆蓋的區域之外產生。該區域係由光罩1〇2所界定的，因此當光罩1〇2被 20移除呀會在絕緣體層78所產生的空洞或一定的開口 ’其會決定之後形成的積體式發射器100的位置和形狀0 18 559850 玖、發明說明在第lie圖中，一穿隧層2〇係被施加在^-1〇~和_ 絕緣體層78上。較佳地，一用來作為穿隨層20的矽基介電質係使用電漿增強化學汽相沈積（pEcvD) 來施加。其他的沈積技術係、為習於此藝者所知。穿隧層是較佳地為沉、抓、邮4(111〜2〇)减化 (.y 3/4, RI〜2·3)。可選擇地，Fy_si〇x 與 Cy_si〇x 係被 <為疋穿隧層20的適當材料。用來當作為穿隧層 2〇的矽基介電質係較佳厚約250到約5000埃。可达擇地，一較佳地為一例如TiOx、TaOx、WSiN、 ίο

TaA10xNy TaAI〇x或Al〇xNy的金屬簇介電質之穿 15 隧層20,係被施加在該經加工的基材1〇和絕緣體層 78的表面上。該用於穿隧層2〇的金屬簇介電質係較佳地藉由濺散金屬與導入氧及/或氮來形成一厚度小於大約500埃的介電質，較佳地在大約5〇到大約250 埃之間，例如是大約100埃。雖然已經舉出二種類型的穿隧材料之範例，但是其他的穿隨材料也可以被用來提供穿隧層20而仍然符合本發明的精神和範圍。在沈積穿隧層20之後以沈積、濺散或其它的方式施加一陰極層14在穿隧層20上。第11C圖顯示在該經加工的基材10表面上施加陰極層14的結果。陰極層14係較佳地為一例如是鉑或金薄膜之金屬層，且其係較佳地具有大約50到大約250埃的厚度。舉 19 20 559850 玖、發明說明翻說明續頁 · 例來况，例如鉑、銀、釕、起、絡或其他折射性金屬或其等之合金的其他金屬，可以用來作為陰極層14。沈積在絕緣體層78的開口裡面之穿随層2〇上的該 · 陰極層14會形成該發射器表面％。 -第UD圖顯示施加沈積在發射器表面％上與部份地在絕緣體層78上的-㈣光罩55，以界定該發射器結構的形狀和位置。第u E圖顯示該陰極層14和穿隧層20的蝕刻結果。 ίο 15 第UF圖顯示在餘刻光罩55被剝除後，在經加工的基材10上施加第一光阻層57與第二光阻層59，其等係用來產生一更内凹的外形。較佳地，第一光阻層 57係為一在非常高溫（也就是大於約i3〇t:)下穩定的具有光反應性化合物（PAC)的厚光阻塗層。在該第光I5層57被施加之後，其係較佳地被軟性烘烤 (soft baked).過。然後該第一光阻層57浸注暴露 (flood exposed)在依據該蝕刻外形所需的能量程度中。亥第一光阻層57然後在一加熱板上被硬式烘烤大約120°C到大約i5〇°c下90到18〇秒。該第一光阻層59係較佳地藉由旋轉塗佈或沈積作用而在第光阻層5 7頂端上施加一薄塗層，然後烘烤大約90到大約11(rc大約6〇秒。該第二光阻層 59的烘烤作用將其之PAC重新分布至該第一光阻層内，以產生一密度可變的PAC光阻層61。 20 20 559850 玖、發明說明翻國續頁 · 在第11G圖中，一個光罩63係被施加在^變密度光- 阻層61的表面上，以界定該發射器的形狀和位置。在第11H目巾，依據所施加的厚度，可變的密度絲 * 層61係以TMAH (四甲基氫氧化銨）為基礎的或其、 5他的顯影劑顯影大約20到大約6〇秒。此顯影過程 / 會產生一大幅地再内凹的外形，其係可用於阻止進一步沈積的金屬黏附在該蝕刻開口的壁上。傳統的加工方法會在近乎垂直或非再内凹側壁上形成沈積金屬。 # 此側壁沈積金屬會導致在側壁上的金屬戶斤會形成殘留 1〇的在經加工之基材上的團塊而引起短路或污染之問題。同時’在薄的金屬上餘刻—個金屬圖案與栓柱是困難的。另一種產生再内凹的鑄壁外形之方法包含在浸注暴露 -期間使用条/未染色光阻、使用高/低對比光阻來修改曝 15曬的光能量，並藉由使用如溫度和時間的浸注暴露後之烘烤條件來控制在該第一光阻層57中的溶劑與 PAC，而調控在顯像劑中的該第一光阻層57和第二光阻層59的相對溶解率。其所使用的基本理論是要在正性光阻巾產生—適當的PAC梯度。該光阻體然 20後被暴露到輻射並顯影。該光阻的溶解率係與⑽ 的漠度成比，並因此可以產生一非垂直的側壁外形，例如所顯示的再内凹結構。 21 559850 玖、發明說明在第111圖中’該光罩63係較佳地已經傳導性層82係被沈積或濺散在經加工的基材10上〇在施加該傳導性層，層82之則—任擇的黏著劑層係先被施加以增加絕緣體層78 _著性。當之後施加的傳導ϋ層82 &金的時候，該任擇的黏著劑層係較佳地為钽。較佳地’該黏著劑層係使用傳統的沈積技術來施加。該黏著劑層係較佳地厚達大約埃。例如在如果使用該黏著劑層的時候，該傳導㈣Μ係被施加在錢Η)之前所施加的層次上。較佳地，該傳 ίο 導f生層82係使用傳統的沈積技術來形成。該傳導性層係較佳地為約5〇〇到大約1000埃的金。在第11〗_巾—卿過程純絲移除可變密度光阻層61和與沈積在其上之部分傳導性層82以產生該發射器裝i 5G。較佳地，低溫電漿係用來反應性钱刻 15 该可變密度光阻層61裡面的有機灰材料⑽叫⑽化 materials)。在平面電漿餘刻過程中所使用的氣體，係較佳地為氧。該經加卫的基# 1()係設置在一腔室中且氧氣係被導人並被—能量源激發以產生-電漿場。該電漿場將氧氣提昇到-高能量狀態，其接下來將可變密度光阻層61成分氧化成氣體，其可藉由一真空泵而移除。可選擇性地，一濕式剝離方法可以用來代替電漿剝離方法。該經加工的基材1〇係以MHz超音波或超音 22 20 559850 玫、發明說明發明說明續頁波攪拌在浸潤在一溶劑中’其會使可變密度^ 與沈積在其上之部分的傳導性層82膨脹且移除。曰第12H2D圖例示說明在帛UA_uj圖中所顯示的步驟之另一種加工步驟’其可以用來產生另-種發射 5器裝置50。在第12A圖中’在施加陰極層μ之後施加-保護層65。較佳地，該保護層65係為鈦或錮層且其係用來避免在進一步的加工期間在陰極層Μ 上的發射器表面86的污染。該可變密度光阻^ 61 係被施加在該經加工基材1〇的表面並以光罩幻圖 1〇案化與暴露。 β 第12Β圖例示說明敍刻該可變密度光阻層61以形成一再大幅内凹之外形的結果。第12C圖例示說明將例如鈕之黏著性層8〇與的例如 >金之傳導裎層82施加至該經加工的基材1〇上。因 15為該經姓刻的可變密度光阻層61之側壁係大幅地内凹，黏著性層80或傳導性層82都不會沈積在該等側壁上。第12D圖例示說明使用一剝離方法來移除可變密度層61和黏著劑層8〇以及沈積在其上之傳導性層82 2〇部分的結果。另一種發射器裝置50,然後被選擇性蝕刻以移除保護層65而暴露發射器區域84。藉著使用積體電路薄膜技術來製造發射器，其可以與在傳統的積體電路上可發現的主動電路整合在一起。 23 559850

玖、發明說明一〜^E ^有I射态的積體電路可以如前述般被置或儲存裝置中。較佳地，在製造後該發射器要奸退火過％以增加來自發射器的發射數量。第13A #口 13B圖是用來增加在本發明具體例示的發射器之發射電流能力的典型退火過程圖。該退火過程也\由允許該發射器得以持續更久而增加該裝置產= °在其他的優點中，該退火過程幫助減少不同金屬接觸的電阻’藉此增加到達該發射器的電流量。 10 在第UA圖中，―第熱量變化《 12G顯示包含有 —與本發明結合的發射器之該被加工的基材首先在1〇分鐘内被增加到大約姻。c㈣度，然後維持在這— 個溫度3〇分鐘。然後該被加工的基材在-段時期大勺55刀|里内慢慢地冷卻期回室溫（大約為抑）。 15 發明說明續胃在第13B圖中’第二熱量變化圖122顯示包含有— 與本發明結合的發射器之該被加工的基材首先在1〇分鐘内被加熱到大約的溫度，然後維持在這— 個溫度3〇分鐘。然後該被加工的基材在一段時期大 2 1〇0分鐘内慢慢地冷卻期回室溫。習於此藝者將合瞭=增加的溫度和冷卻速率可以由所描述的二 =修改而仍料合本發明的精神和顧 =發:的至少-個發射器結合之基材退火，該:：裔的一些特性係被改善。耵應該要注意的對習於此藝者而言，在此所揭示的具體 24 20 559850 坎、發明說明發明說明續頁例可以進行許多變化和修飾而不背離本發明，是顯而易知的。所有的此種的變化和修飾在此都將被包含如下列的申請專利範圍中所述的本發明之範圍裡面。【圖式簡單說明】 5 第1圖是結合本發明之穿隧發射器的一典型例說明。弟2圖疋使用第1圖的穿卩遂發射器以產生一聚焦的電子射束之典型例說明。第3圖是包含一些穿隧發射器和一光學透鏡的積 10體電路以產生一顯示裝置的一典型例說明。。第4圖結合複數個穿隧發射器與控制電路的積體電路之典型方塊圖。第5圖是一包含一透鏡以聚焦由穿隧發射器所放射的能量發射的之積體電路上的穿隧發射器之典型例 15 說明。第6圖是一包含複數個穿隧發射器與產生或通過光子的陽極結構之積體電路所產生的典型顯示裝置。第7A圖是一用於讀取與紀錄資料在可複寫媒體上的與包含有複數個穿隧發射器的積體電路結合之典 20 型儲存設備。第7B圖是與第7A圖的典型儲存設備結合的典型讀取電路的示意圖。第8圖是典型穿隧發射器的頂視圖。 25 坎、發明說明第9圖是在第8 型剖視圖。發叨說明H胃圖中所顯示的穿隧發射器的典 ¥第10圖疋與本發明的穿隨發射器結合之電子裝反-員不裝置或儲存設備的至少之—者結合的電腦之典型方塊圖。第11A11J圖係為用於產生本發明的穿隧發射器之第—典型方法的典型步驟的例示說明：第12A-12D圖係為用於產生本發明的穿隧發射為之第二典型方法的典型步驟的例示說明。第13A和13B圖是用於最佳地改良本發明之穿隨發射器的典型退火過程序之圖示。【圖式之主要元件代表符號表】 34電場 10電子源 12接觸 15 14陰極層 16電子發射 1 8光子發射 20穿隧層 22能量放射 2Q 24電壓源 25 38光學透鏡 40顯示裝置 42次像素 48透鏡陣列 5〇發射器裝置 3〇 50’發射器裝置 52積體電路 28靜電聚焦裝置或透鏡 55蝕刻光罩陽極結構 56移動器 3 2聚焦光束 5 7第一光阻層 26 559850 發明說明玖、發明說明 57第一光阻層 58媒體 59第二光阻層 60媒體區域 61 PAC光阻層 62讀取電路 63光罩 64第一歐姆接觸 65保護層 66第二歐姆接觸 68放大器 70讀取器輸出 72控制電路 74目標距離 76陽極結構 78絕緣體層 82傳導性層 84發射區域 86發射器表面 90電腦 92顯示裝置 94儲存設備 96微處理器 98記憶體 100積體式發射器 102光罩 120第一熱量變化圖 122第二熱量變化圖 27

Claims

559850 拾、申請專利範圍申請專利範圍，續頁 1. 一種發射器（100)，其包含：一個電子供給器（10); 一個穿隧層（20)，其係沈積在該電子供給器上；與 5 一個陰極層（14)，其係沈積在穿隧層上；一個傳導層（82)，其係部份地沈積在該陰極層上並界定一開口以產生一發射區域。其中忒電子供給器，穿隨層與陰極層係已經進行了退火加工（120，122)。 10 2·如申請專利第1項之發射器（100)，其係可被操作以提供每平方公分大於lxl(r2安培的發射電流的發射能量（22)。 3· —種電子裝置，其包含·· 如申請專利範圍第1項的能夠發射能量（22) 15 的發射器（100);與一陽極結構（3〇,40,58,76)，其可以接受該發射能量並產生一因應接受該發射能量所產生的第一結果以及一因應未接受該發射能量所產生的第二結果〇 20 4. 一種儲存設備，其包含：至少一如申請專利範圍第1項的發射器（100) 以產生一電子束； -用於聚焦該電子束而產生一經聚焦的電子束 (32)的透鏡（28);與 28 559850 拾、申請專利範圍申請專利範圍續頁一儲存媒體（58)，其係非常接近該至少一發射器，該儲存媒體具有-館存區域，其係處於數個狀態（6〇)之一，以表現儲存在該儲存區域中的資訊奢以使得：當该經聚焦的電子束打擊該儲存區欲的時候，會產生一種效果；該效果的大小會依據該儲存區域的狀態而不同 ;和在儲存區域中所儲存的訊息係藉由測量該效果的大小而被讀取。一種發射器（100)，其包含·· 一個電子供給層（1 〇); 一絕緣體層（78)，其係形成在該電子供給層上且具有一界定在其中的第一開口；一穿隨層（20)，其係形成在該開口中的該電子供給層上且係進一步沈積在該絕緣體層上； -陰極層（14)，其係形成在該穿關上；以及傳導11層（82) ’其係部分地沈積在該陰極層上且係部份地沈積在該絕緣體層上；其中該發射器已經進行退火加工過程 (120’122)以增加由電子供給層穿随至該陰極層的以進行能量放射的電子供給。 29 559850 拾、申請專利範圍申請專利範圍續頁 6. -種用來在_電子供給器⑽上產生^個發射器 (100)的方法，其包含以下步驟：在一個電子源上施加一穿隧層（20); 在δ亥穿隨層上施加一陰極層（I#); 在該陰極上施加一可變密度光阻層（61);且顯影該可變密度光阻層以使該暴露部分的陰極層之經蝕刻開口產生一再内凹外形；且在陰極層上的經顯影的開口内施加一傳導性層 (82) 〇 7·如申明專利範圍第ό項的方法，其中該施加一傳導性層（82)的步驟更進一步地包含在施加該傳導性層之前施加一黏合層（80)的步騍。 8·如申請專利範圍第6項的方法，其中該施加一傳導性層（82)的步驟更進一步地包含在施加可變密度光阻層的步驟前於該陰極上施加一保護層（65) 的步驟。 9· 一種在一電子供給器（10)上產生一發射器〇⑼）的方法，其包含以下步驟：在一被沈積在該電子供給器上的絕緣層（78) 之上施加一穿隧層（2〇),該絕緣體層在該電子供給界定一開口；施加一陰極層（14)以黏附至該穿隧層；施加一可變密度光阻層（61)在陰極層與絕緣層上； 30 559850 拾、申請專利範圍申請專利範圍末頁在該可變密度光阻層至該陰極層中產生一開口 ;且將該可變密度光阻層剝除以使其自陰極層與絕緣層。 10·種在一電子供給表面（10)上產生一發射器 (100)的方法，其包含以下步驟：在該電子供給表面產生一絕緣體層（78); 在絕緣體層裡面界定一發射區域；在絕緣體與該開口上施加一穿隨層（2〇); 在穿隨層上施加一陰極層（14); 蝕刻該陰極和該等穿隧層；在陰極層和絕緣體層上（61)施加一可變密度光阻；將該可變密度光阻層顯影以產生暴露部分的陰極層之再内凹的開口；在可變密度光阻層（82)上以及在該再内四的開口裡面於陰極層上施加一傳導性層；且剝離該可變密度光阻層以及在其之上沈積的傳導層。 31