DE4414323A1 - Solid dielectric field emission appts. for use as diode or triode - Google Patents

Solid dielectric field emission appts. for use as diode or triode

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DE4414323A1
DE4414323A1 DE19944414323 DE4414323A DE4414323A1 DE 4414323 A1 DE4414323 A1 DE 4414323A1 DE 19944414323 DE19944414323 DE 19944414323 DE 4414323 A DE4414323 A DE 4414323A DE 4414323 A1 DE4414323 A1 DE 4414323A1
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    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type

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.

Description

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 generation through field emission peaks and charge transport through a fe The dielectric takes place and thus a high switching speed and voltage insulation compatibility with Si Planar technology is achieved.

Aus der Fachliteratur ist bekannt, daß zur spannungsabhängigen Stromsteuerung entweder Vakuumdioden, -trioden usw. oder Halbleiterdioden bzw. -transistoren verwendet werden. 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. Der Nachteil von Halbleiterbauelementen besteht darin, daß bei Schalt­ vorgängen die dem pn-Übergang innewohnenden Diffusions- oder Sperrschichtkapazitäten bzw. Gatekapazitäten umgeladen werden müssen.It is known from the specialist literature that either for voltage-dependent current control Vacuum diodes, triodes etc. or semiconductor diodes or transistors can be used. Of the A disadvantage of the vacuum components is, in particular, that the Creation and maintenance of a vacuum and thus a relatively large component Volume is required. The disadvantage of semiconductor devices is that switching the intrinsic diffusion or barrier layer capacities or Gate capacities have to be reloaded.

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 a miniaturized, for Si planar technology to develop compatible diodes, triodes, dispensing with a vacuum path and fast, avoiding diffusion, gate, or junction capacities voltage-dependent current control allowed.

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 in that in a solid dielectric as a cathode a field emission peak or a field emission peak array for charge carrier generation is arranged and electrons when applying an electric field in a dielectric emitted (field emission), passed through the dielectric and on the cathode opposite anode can be collected (diode arrangement).

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.By additionally inserting a grid-shaped electrode between the field emission tip and The anode, the emission or the current flow can be influenced so that the diode arrangement from the Field emission component without further modification of the basic component Triode arrangement is convertible.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The associated drawing shows in  

Fig. 1 Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitze Fig. 1 field emission device with field emission peak

Fig. 2 Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitzenarray den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Bauelementes zur schnellen spannungsabhängigen Stromsteuerung mit Hilfe einer Feldemissionsanordnung in einem Dielektrikum. Fig. 2 field emission device with field emission tip array the basic structure of the device according to the invention for fast voltage-dependent current control with the help of a field emission arrangement 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. 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.The field emission component (triode arrangement) according to the invention consists of a cathode K. with field emission peak F in a dielectric D, a control grid S and an anode / Collecting electrode A. The field emission tip or the field emission tip array F is by Deposition / growth or generated by etching. For exact positioning of the Field emission peak F in the middle of the hole of the control grid S becomes a self-positioning Technology applied, whereby for the reduction of the capacity between control grid S and Cathode K the height of the tip S is made as large as possible.

Durch Weglassen des Steuergitters S ist ohne weitere Veränderung des Feldemissionsbauelementes eine Diodenanordnung realisierbar. 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.By omitting the control grid S there is no further change in the field emission component a diode arrangement can be realized. A reduction of the diode capacitance is possible by high dielectric thickness between cathode K or field emission tip F and anode A achievable, for example through the use of high quality silicon dioxide.

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 for achieving the full compatibility of the invention Field emission device using a well-known Si-IC technology is as follows Construction:

  • - M bestehend aus Metall oder Metallsilicid (Rückseitenkontakt)- M consisting of metal or metal silicide (Backside 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 SiO₂
  • - 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

Claims (4)

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. Solid-state dielectric field emission component for voltage-dependent current control, characterized in that the component from a cathode (K) with field mission tip (F), preferably made of n⁺-Si, in a dielectric (D), preferably made of SiO₂, a control grid (S ) and an anode / collecting electrode (A), both preferably made of poly-Si, so that, caused by an applied electric field, a charge carrier field emission occurs at the conductive tip (F), which is surrounded by the dielectric (D) that the emitted charge carriers, influenced by the additional field of the control grid (S) (triode) or unaffected by the dielectric (D) (diode), drift to 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. Component according to claim 1, characterized in that the emission due of a field-supported tunnel mechanism and as field emission elements probably single tips as well as field tip arrays are formed. 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. Component according to claim 1, characterized in that the compatibility with egg ner known Si-IC technology is ensured by the fields mission tips (F) made of n-Si, the dielectric made of SiO₂ and the control grid made of do tiert Poly-Si are made. 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 in the triode arrangement to ensure a defined emission voltage, especially for top ares rays an exact positioning of the field emission peaks (F) to the control grid (S) in egg nem self-positioning process takes place in the manufacture of the control grid.
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