DE4414323C2 - Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement - Google Patents
Festkörperdielektrisches FeldemissionsbauelementInfo
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- DE4414323C2 DE4414323C2 DE19944414323 DE4414323A DE4414323C2 DE 4414323 C2 DE4414323 C2 DE 4414323C2 DE 19944414323 DE19944414323 DE 19944414323 DE 4414323 A DE4414323 A DE 4414323A DE 4414323 C2 DE4414323 C2 DE 4414323C2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- 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
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Feldemissionsbauelement, das sich dadurch auszeichnet, daß die
Ladungsträgergenerierung durch Feldemissionsspitzen und der Ladungsträgertransport durch ein
festes Dielektrikum erfolgt und damit eine hohe Schaltgeschwindigkeit und Spannungsisolation
bei gleichzeitiger Kompatibilität zur Si-Planar-Technologie erreicht wird.
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
Schaltvorgängen die dem pn-Übergang innewohnenden Diffusions- oder Sperrschichtkapazitäten
bzw. Gatekapaziäten umgeladen werden müssen.
Die US 5,089,292 beschreibt eine Feldemissionskathode, bei der die Oberflächen der
Kathodenspitzen beschichtet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung.
Die US 5,228,877 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Feldemissionsbauelementes.
Dieses Feldemissionsbauelement besteht aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden
Kathodenspitzen. Eine Schicht aus dielektrischem Material ist dabei auf einem Substrat
angeordnet, wobei deren Dicke etwa der Höhe der Kathodenspitzen entspricht, mit einer
Ausbeulung oberhalb jeder Kathodenspitze.
Über der dielektrischen Schicht ist eine elektrisch leitende Rasterschicht und über dieser eine
Schutzschicht angeordnet. Anschließend wird ein Ätzvorgang durchgeführt.
Die US 5,233,263 beschreibt laterale Feldemissionsbauelemente und Verfahren zu ihrer
Herstellung. Ein derartiges Feldemissionsbauelement besteht aus einem Substrat, einer
Elektronen emittierenden Kathode, einer zylindrischen Anode, einem Gate zur Steuerung der
Emission und Mittel zum Anlegen einer elektrischen Spannung an Kathode, Anode und Gate. Die
Kathode hat eine kreisförmige Oberfläche und ist parallel zur Oberfläche des Substrats
angeordnet. Die Anode ist auf dem Substrat um die Kathode und mit einem definierten Abstand
zu dieser angeordnet. Das Gate ist neben der Kathode angeordnet.
Die US 5,266,530 beschreibt die Herstellung eines Gates oder anderer Elektroden eines
Feldemissionsbauelements mit einer selbstpositionierenden Elektronenemitterstruktur.
Die JP 2-239 537 A beschreibt ein Feldemissionsbauelement mit einer dünnen Isolationsschicht
oberhalb des Elektronen emittierenden Teils und einer dicken Isolationsschicht seitlich des
Elektronen emittierenden Teils. Dadurch wird eine seitliche Elektronenemission verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte, mit der Si-Planartechnologie
kompatible Dioden- oder Trioden-Anordnung zu entwickeln, die unter Verzicht auf eine Vakuumstrecke
und unter Vermeidung von Diffusions-, Gate- oder Sperrschichtkapazitäten eine schnelle
spannungsabhängige Stromsteuerung erlaubt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in einem Festkörperdielektrikum als Ka
thode eine Feldemissionsspitze bzw. ein Feldemissionsspitzenarray zur Ladungsträgerer
zeugung angeordnet wird und Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Feldes in ein Die
lektrikum emittiert (Feldemission), durch das Dielektrikum geleitet und auf der der Kathode
gegenüberliegenden Anode gesammelt werden (Diodenanordnung).
Durch das zusätzliche Einbringen einer gitterförmigen Elektrode zwischen Feldemissions
spitze und Anode ist die Emission bzw. der Stromfluß so beeinflußbar, daß die Diodenan
ordnung aus dem Feldemissionsbauelement ohne weitere Veränderung des
Grundbauelementes zur Triodenanordnung umwandelbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die zugehörige Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitze und in
Fig. 2 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitzenarray. Dabei wird der prinzi
pielle Aufbau des erfindungsgemäßen Bauelementes zur schnellen spannungsab
hängigen Stromsteuerung mit Hilfe einer Feldemissionsanordnung in einem Die
lektrikum sichtbar.
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
Abscheiden/Aufwachsen oder durch Ätzen 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.
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.
Eine vorteilhafte Variante zur Erreichung der vollständigen Kompatibilität des
erfindungsgemäßen Feldemissionsbauelementes mit einer allgemein bekannten Si-IC-
Technologie besteht in folgendem Aufbau:
- - M bestehend aus Metall oder Metallsilicid (Rückseitenkontakt)
- - K bestehend aus n+-Si
- - F bestehend aus n+-Si
- - D bestehend aus SiO2
- - S bestehend aus polykristallinem Silizium
- - A bestehend aus polykristallinem Silizium, Metall oder Metallsilicid.
Claims (8)
1. Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement zur spannungsabhängigen
Stromsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement aus einer Kathode
(K) mit Feldemissionsspitze (F) in einem Dielektrikum (D), einem Steuergitter (S) und
einer Anode/Sammelelektrode (A) besteht, so daß, hervorgerufen durch ein anliegen
des elektrisches Feld, eine Ladungsträgerfeldemission an der leitfähigen Spitze (F) er
folgt, 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.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldemissionsspitze
(F) aus n+-Si besteht.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum
(D) aus SiO2 besteht.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Steuergitter (S) aus polykristallinem Silizium besteht.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anode/Sammelelektrode (A) aus polykristallinem Silizium besteht.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Emission aufgrund eines feldunterstützten Tunnelmechanismus erfolgt und als Feld
emissionselemente sowohl Einzelspitzen als auch Feldspitzenarrays ausgebildet sind.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kompatibilität mit einer an sich bekannten Si-IC-Technologie dadurch gewährleistet
wird, daß die Feldemissionsspitzen (F) aus n-Si, das Dielektrikum aus SiO2 und das
Steuergitter aus dotiertem polykristallinem Silizium hergestellt sind.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei
der Triodenanordnung zur Gewährleistung einer definierten Emissionsspannung so
wohl bei Einzelspitzen als auch bei Feldspitzenarrays eine genaue Positionierung der
Feldemissionsspitzen (F) zum Steuergitter (S) in einem selbstpositionierenden Prozeß
bei der Herstellung des Steuergitters erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944414323 DE4414323C2 (de) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944414323 DE4414323C2 (de) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4414323A1 DE4414323A1 (de) | 1995-10-26 |
DE4414323C2 true DE4414323C2 (de) | 2003-04-17 |
Family
ID=6516333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944414323 Expired - Fee Related DE4414323C2 (de) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4414323C2 (de) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5089292A (en) * | 1990-07-20 | 1992-02-18 | Coloray Display Corporation | Field emission cathode array coated with electron work function reducing material, and method |
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-
1994
- 1994-04-25 DE DE19944414323 patent/DE4414323C2/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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JP 2-239537 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 14 (1990), No. 557 (E-1011) * |
JP 3-297031 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 16 (1992), No. 138 (E-1186) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4414323A1 (de) | 1995-10-26 |
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