Search Images Maps Play YouTube News Gmail Drive More »
Sign in
Screen reader users: click this link for accessible mode. Accessible mode has the same essential features but works better with your reader.

Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4414323 A1
Publication typeApplication
Application numberDE19944414323
Publication date26 Oct 1995
Filing date25 Apr 1994
Priority date25 Apr 1994
Also published asDE4414323C2
Publication number19944414323, 944414323, DE 4414323 A1, DE 4414323A1, DE-A1-4414323, DE19944414323, DE4414323 A1, DE4414323A1, DE944414323
InventorsWolfgang Mehr, Andre Wolff
ApplicantInst Halbleiterphysik Gmbh
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Solid dielectric field emission appts. for use as diode or triode
DE 4414323 A1
Abstract
The appts. includes a cathode (K), a control grid (S), and an anode/collector electrode (A). The cathode is fabricated with field emission points (F) pref. of heavily doped n-type Si projecting into a dielectric (D), pref. of SiO2. The control grid (S) is pref. of polycrystalline Si.The dielectric is covered by the anode or collection electrode which is also of poly-Si. The charge carriers emitted from the points into the dielectric can then drift to the anode either naturally, e.g. as in a diode, or under the influence of the control grid.
Claims(4)  translated from German
1. Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement zur spannungsabhängigen Stromsteue rung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement aus einer Kathode (K) mit Felde missionsspitze (F), vorzugsweise aus n⁺-Si, in einem Dielektrikum (D), vorzugsweise aus SiO₂, einem Steuergitter (S) und einer Anode/Sammelelektrode (A), beide vorzugs weise aus Poly-Si, besteht, so daß, hervorgerufen durch ein anliegendes elektrisches Feld, eine Ladungsträgerfeldemission an der leitfähigen Spitze (F) erfolgt, die von dem Dielektrikum (D) umgeben ist, daß die emittierten Ladungsträger, beeinflußt durch das zusätzliche Feld des Steuergitters (S) (Triode) oder unbeeinflußt durch das Dielektrikum (D) (Diode), zur Anode driften. 1. Festkörperdielektrisches field emission device for voltage-dependent Stromsteue tion, characterized in that the component of a cathode (K) with field mission peak (F), preferably of n + Si, in a dielectric (D), preferably of SiO, a control grid (S ) and an anode / collecting electrode (A), both of preference, of poly-Si is given, that caused by an applied electric field, charge carrier field emission at the conductive tip (F), which is surrounded by the dielectric (D) that the emitted charge carriers affected by the additional field of the control grid (S) (triode) or unaffected by the dielectric (D) (diode), drift towards the anode.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission aufgrund eines feldunterstützten Tunnelmechanismus erfolgt und als Feldemissionselemente so wohl Einzelspitzen als auch Feldspitzenarrays ausgebildet sind. 2. The component according to claim 1, characterized in that the emission is due to a field-assisted tunneling mechanism and are designed as field emission elements as well as individual peaks and peak field arrays.
3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompatibilität mit ei ner an sich bekannten Si-IC-Technologie dadurch gewährleistet wird, indem die Felde missionsspitzen (F) aus n-Si, das Dielektrikum aus SiO₂ und das Steuergitter aus do tiertem Poly-Si hergestellt sind. 3. The component according to claim 1, characterized in that the compatibility is ensured with egg ner known per se Si IC technology characterized by the field emission tips (F) of n-Si, the dielectric consists of SiO₂, and the control grid from do tiertem poly-Si is prepared.
4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Triodenanordnung zur Gewährleistung einer definierten Emissionsspannung insbesondere bei Spitzenar rays eine genaue Positionierung der Feldemissionsspitzen (F) zum Steuergitter (S) in ei nem selbstpositionierenden Prozeß bei der Herstellung des Steuergitters erfolgt. 4. The component according to claim 1, characterized in that is carried out at the triode order to ensure a defined emission voltage particularly in Spitzenar rays accurate positioning of the field emission tips (F) to the control grid (S) in egg NEM self-aligned process in the production of the control grid.
Description  translated from German

Die Erfindung betrifft ein Feldemissionsbauelement, das sich dadurch auszeichnet, daß die Ladungsträgergeneration durch Feldemissionsspitzen und der Ladungsträgertransport durch ein fe stes Dielektrikum erfolgt und damit eine hohe Schaltgeschwindigkeit und Spannungsisolation bei gleichzeitiger Kompatibilität zur Si-Planar-Technologie erreicht wird. The invention relates to a field emission device, which is characterized in that the charge carrier generation is performed by an Fe Stes dielectric by field emission tips and the charge carrier transport, and thus a high switching speed and voltage isolation is achieved with simultaneous compatibility with the Si-planar technology.

Aus der Fachliteratur ist bekannt, daß zur spannungsabhängigen Stromsteuerung entweder Vakuumdioden, -trioden usw. oder Halbleiterdioden bzw. -transistoren verwendet werden. From the literature it is known that the voltage-dependent current control either vacuum diodes, semiconductor diodes or phototransistors are used -trioden etc. or. Der Nachteil der Vakuumbauelemente besteht insbesondere darin, daß zur Funktionsfähigkeit die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums und damit ein relativ großes Bauelemente- Volumen erforderlich ist. The disadvantage of vacuum components is, in particular, that the functioning of the production and maintenance of vacuum and thus a relatively large volume of construction supplies is required. Der Nachteil von Halbleiterbauelementen besteht darin, daß bei Schalt vorgängen die dem pn-Übergang innewohnenden Diffusions- oder Sperrschichtkapazitäten bzw. Gatekapazitäten umgeladen werden müssen. The disadvantage of semiconductor devices is that the switching op- erations in the pn junction inherent diffusion or junction capacitances and gate capacitances must be recharged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte, zur Si-Planartechnologie kompatible Dioden-, Trioden-Anordnung zu entwickeln, die unter Verzicht einer Vakuumstrecke und unter Vermeidung von Diffusions-, Gate oder Sperrschichtkapazitäten eine schnelle spannungsabhängige Stromsteuerung erlaubt. The invention has for its object to develop a miniaturized, compatible for Si planar diode, triode arrangement which allows a fast voltage-dependent current control waiving a vacuum line and to avoid diffusion, gate or barrier layer capacities.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in einem Festkörperdielektrikum als Kathode eine Feldemissionsspitze bzw. ein Feldemissionsspitzenarray zur Ladungsträgererzeugung angeordnet wird und Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Feldes in ein Dielektrikum emittiert (Feldemission), durch das Dielektrikum geleitet und auf der der Kathode gegenüberliegenden Anode gesammelt werden (Diodenanordnung). The object of the invention is achieved by a field emission tip or a field emission tip array is in a solid body as a cathode arranged for generating charge carriers and electrons when an electric field in a dielectric emitted (field emission), passed through the dielectric and on the side opposite the cathode anode are collected (diode array).

Durch das zusätzliche Einbringen einer gitterförmigen Elektrode zwischen Feldemissionsspitze und Anode ist die Emission bzw. der Stromfluß so beeinflußbar, daß die Diodenanordnung aus dem Feldemissionsbauelement ohne weitere Veränderung des Grundbauelementes zur Triodenanordnung umwandelbar ist. The additional introduction of a grid-shaped electrode between anode field emission tip and the issue or the current flow is so influenced that the diode array from the field emission device is convertible to triode order without further modification of the base component.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. The invention will be explained in detail with reference to an exemplary embodiment. Die zugehörige Zeichnung zeigt in The accompanying drawing shows in

Fig. 1 Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitze Fig. 1 A field emission device with field emission tip

Fig. 2 Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitzenarray den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Bauelementes zur schnellen spannungsabhängigen Stromsteuerung mit Hilfe einer Feldemissionsanordnung in einem Dielektrikum. Fig. 2 A field emission device with field emission tip array the basic structure of the device according to the invention for fast voltage-dependent current control using a field emission array in a dielectric.

Das erfindungsgemäße Feldemissionsbauelement (Triodenanordnung) besteht aus einer Kathode K mit Feldemissionsspitze F in einem Dielektrikum D, einem Steuergitter S und einer Anode/ Sammelelektrode A. Die Feldemissionsspitze bzw. das Feldemissions-Spitzenarray F wird durch Abscheidung/Aufwachsung oder durch Ätzung erzeugt. The field emission device according to the invention (triode order) consists of a cathode K with field emission tip F in a dielectric D, a control grid S and an anode / collecting electrode A. The field emission tip or field emission tip array F is generated by deposition / overgrowth or by etching. Zur genauen Positionierung der Feldemissionsspitze F in der Mitte des Loches des Steuergitters S wird eine selbstpositionierende Technologie angewandt, wobei für die Reduzierung der Kapazität zwischen Steuergitter S und Kathode K die Höhe der Spitze S möglichst groß ausgeführt wird. For precise positioning the field emission tip F in the center of the hole of the control grid S is a self-positioning technology is applied, the height of the peak S is as large as possible to reduce the capacitance between the control grid and cathode K S.

Durch Weglassen des Steuergitters S ist ohne weitere Veränderung des Feldemissionsbauelementes eine Diodenanordnung realisierbar. By leaving the control grid S is without alteration of the field emission component, a diode array feasible. Eine Reduzierung der Diodenkapazität ist durch eine möglichst hohe Dielektrika-Dicke zwischen Kathode K bzw. Feldemissionsspitze F und Anode A erreichbar, beispielsweise durch die Verwendung eines hochwertigen Siliziumdioxids. A reduction of the diode capacitance can be achieved by a very high dielectric thickness between cathode K and anode field emission tip F and A, for example, by the use of a high-quality silica.

Eine vorteilhafte Variante zur Erreichung der vollständigen Kompatibilität des erfindungsgemäßen Feldemissionsbauelementes mit einer allgemein bekannten Si-IC-Technologie besteht in folgendem Aufbau: An advantageous variant of achieving full compatibility of the field emission component of the invention with a well-known Si IC technology consists in the following structure:

  • - M bestehend aus Metall oder Metallsilicid (Rückseitenkontakt) - M consisting of metal or metal silicide (back contact)
  • - K bestehend aus n⁺-Si - K consisting of n + Si
  • - F bestehend aus n⁺-Si - F consisting of n + Si
  • - D bestehend aus SiO₂ - D consisting of SiO
  • - S bestehend aus Poly-Si - S consisting of poly-Si
  • - A bestehend aus Poly-Si, Metall oder Metallsilicid - A consisting of poly-Si, metal or metal silicide
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
US5089292 *20 Jul 199018 Feb 1992Coloray Display CorporationField emission cathode array coated with electron work function reducing material, and method
US5141459 *21 Feb 199225 Aug 1992International Business Machines CorporationStructures and processes for fabricating field emission cathodes
US5228877 *23 Jan 199220 Jul 1993Gec-Marconi LimitedField emission devices
US5233263 *27 Jun 19913 Aug 1993International Business Machines CorporationLateral field emission devices
US5266530 *8 Nov 199130 Nov 1993Bell Communications Research, Inc.Self-aligned gated electron field emitter
Non-Patent Citations
Reference
1 *JP 2-239537 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 14 (1990), No. 557 (E-1011)
2 *JP 3-297031 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 16 (1992), No. 138 (E-1186)
Classifications
International ClassificationH01J1/304
Cooperative ClassificationH01J1/3042
European ClassificationH01J1/304B
Legal Events
DateCodeEventDescription
26 Oct 1995OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
30 Nov 19958122Nonbinding interest in granting licenses declared
17 Apr 20038304Grant after examination procedure
9 Oct 20038364No opposition during term of opposition
17 Feb 20058339Ceased/non-payment of the annual fee