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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4414323 C2
Publication typeGrant
Application numberDE19944414323
Publication date17 Apr 2003
Filing date25 Apr 1994
Priority date25 Apr 1994
Also published asDE4414323A1
Publication number19944414323, 944414323, DE 4414323 C2, DE 4414323C2, DE-C2-4414323, DE19944414323, DE4414323 C2, DE4414323C2, DE944414323
InventorsWolfgang Mehr, Andre Wolff
ApplicantInst Halbleiterphysik Gmbh
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement Festkörperdielektrisches field emission device translated from German
DE 4414323 C2
Abstract  available in
Claims(8)  translated from German
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. 1. Festkörperdielektrisches field emission device for voltage-dependent current control, characterized in that the structural element from a cathode (K) with a field emission tip (F) in a dielectric (D), a control grid (S) and an anode / collecting electrode (A), so that, caused by a contact of the electric field, a carrier field emission to the conductive tip (f) follows, 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 to the anode.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldemissionsspitze (F) aus n + -Si besteht. 2. The component according to claim 1, characterized in that the field emission tip (F) consists of n + Si.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (D) aus SiO 2 besteht. 3. The component according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric (D) consists of SiO 2.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter (S) aus polykristallinem Silizium besteht. 4. The component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control grid (S) consists of polycrystalline silicon.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode/Sammelelektrode (A) aus polykristallinem Silizium besteht. 5. The component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the anode / collector electrode (A) consists of polycrystalline silicon.
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. 6. The component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the emission is due to a field-assisted tunneling mechanism and as a field-emitting elements both individual peaks and peak field arrays are formed.
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 SiO 2 und das Steuergitter aus dotiertem polykristallinem Silizium hergestellt sind. 7. The component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the compatibility is ensured with a known Si-IC-technology in that the field emission tips (F) of n-Si, the dielectric of SiO 2 and the control grid are made of doped polycrystalline silicon.
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. 8. The component according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the case of triode order to ensure a defined emission voltage as well for single peaks as well as in field peak arrays accurate positioning of the field emission tips (F) to the control grid (S) in a self-aligned process is performed producing the control grid.
Description  translated from German

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. The invention relates to a field emission device, which is characterized in that the charge carrier generation is carried out by a solid 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 Schaltvorgängen die dem pn-Übergang innewohnenden Diffusions- oder Sperrschichtkapazitäten bzw. Gatekapaziäten umgeladen werden müssen. The disadvantage of semiconductor devices is that during switching operations which the pn junction inherent diffusion or junction capacitances and Gatekapaziäten have to be reloaded.

Die US 5,089,292 beschreibt eine Feldemissionskathode, bei der die Oberflächen der Kathodenspitzen beschichtet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung. The US 5,089,292 describes a field emission cathode in which the surfaces of the cathode tips are coated and a method of manufacture.

Die US 5,228,877 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Feldemissionsbauelementes. The US 5,228,877 describes a method for manufacturing a field emission device. Dieses Feldemissionsbauelement besteht aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Kathodenspitzen. This field emission device comprises a plurality of electrically conductive cathode tips. 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. A layer of dielectric material is disposed on a substrate, wherein the thickness of which corresponds approximately to the height of the cathode tips, with a bulge above each cathode tip.

Über der dielektrischen Schicht ist eine elektrisch leitende Rasterschicht und über dieser eine Schutzschicht angeordnet. Over the dielectric layer is an electrically conductive grid layer and disposed over this a protective layer. Anschließend wird ein Ätzvorgang durchgeführt. Subsequently, an etching process is performed.

Die US 5,233,263 beschreibt laterale Feldemissionsbauelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung. The US 5,233,263 describes lateral field emission devices and methods for their preparation. 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. Such a field emission device comprises a substrate, an electron-emitting cathode, a cylindrical anode, a gate for controlling the emission and means for applying an electric voltage to the cathode, anode and gate. Die Kathode hat eine kreisförmige Oberfläche und ist parallel zur Oberfläche des Substrats angeordnet. The cathode has a circular surface and is disposed parallel to the surface of the substrate. Die Anode ist auf dem Substrat um die Kathode und mit einem definierten Abstand zu dieser angeordnet. The anode is disposed on the substrate around the cathode and with a defined distance therefrom. Das Gate ist neben der Kathode angeordnet. The gate is positioned adjacent the cathode.

Die US 5,266,530 beschreibt die Herstellung eines Gates oder anderer Elektroden eines Feldemissionsbauelements mit einer selbstpositionierenden Elektronenemitterstruktur. The US 5,266,530 describes the production of a gate or other electrodes of a field emission device having a self-aligned electron emitter structure.

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. JP 2-239537 discloses a field emission device with a thin insulating layer above the electron-emitting portion and a thick insulating layer side of the electron-emitting portion. Dadurch wird eine seitliche Elektronenemission verhindert. Characterized a lateral electron emission is prevented.

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. The invention has for its object to develop a miniaturized, compatible with the Si planar diode or triode arrangement which allows waiving a vacuum line and to avoid diffusion, gate or junction capacitances fast voltage-dependent current control.

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). The object of the invention is achieved by generating, in a solid body as Ka method a field emission tip or a field emission tip array to charge Trägerer arranged and conducted electrons when an electric field in a The lektrikum emitted (field emission) through the dielectric and on the are collected cathode opposite the anode (diode array).

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. 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 Diodenan order is converted without further modification of the basic component for triode order from the field emission device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the dependent claims.

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 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitze und in Fig. 1 a field emission device with field emission tip and

Fig. 2 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitzenarray. Fig. 2 shows a field emission device with field emission tip array. Dabei wird der prinzi pielle Aufbau des erfindungsgemäßen Bauelementes zur schnellen spannungsab hängigen Stromsteuerung mit Hilfe einer Feldemissionsanordnung in einem Die lektrikum sichtbar. Here, the prin Pielle structure of the device according to the invention for rapid spannungsab dependent current control using a field emission array is visible in the lektrikum.

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. 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 / growth or 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 SiO 2 - D consisting of SiO 2
  • - S bestehend aus polykristallinem Silizium - S consisting of polycrystalline silicon
  • - A bestehend aus polykristallinem Silizium, Metall oder Metallsilicid. - A consisting of polycrystalline silicon, 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