具有填充沸石发射层的发光器制造技术

一种发射器（１０），包括电子提供层（１６），在电子提供层上定义发射区域的氧化层（１５），以及在发射区内并且与电子提供层接触的量子点沸石发射层（１４）。量子点沸石发射层包括多个笼罩，并把半导体材料保持在这些笼罩内。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于微电子领域。本专利技术特别涉及电子发射器、电子阵列发射器以及包含这些发射器类型的器件。
技术介绍
电子发射器在微电子领域有着广泛的潜在适用性。受控发射为建立一系列有用的电学和光电效应奠定了基础。现有的传统发射器包括spindt尖端冷阴极器件，MIS(金属-绝缘体-半导体)，MOS(金属-氧化物-半导体)，和MIM(金属-绝缘体-金属)平面发射器。以spindt尖端发射器为代表的发射器其困难在于，包括时间及空间上的可制造性和稳定性。这些器件的发射取决于尖端处的场强和构成尖端材料的功函数。尖端形状、布局的稍许缺陷或表面污染会对发射密度、稳定性和发射器寿命产生很大影响。制造大量(angstrom)量级的相同的尖端是困难的。尖端一旦形成，其将随工作时间发生改变。如果不是工作在高真空条件下，发射的电子会使气体原子电离。电离的污染物附着到spindt尖端并与其碰撞，从而导致损伤。这种损伤会引起发射器的表面及尖端的布局发生变化，还可能改变材料的成分，导致发射电流、稳定性或者寿命的可见变化。相比之下，传统的平面发射器是有优势的，因为它们提供了更大的发射表面，且可以工作于不太严格的真空环境下。(平面发射器通常包括电介质发射层，该电介质发射层对由施加在电子源和电介质质层任一侧上的薄金属阴极之间的电势所产生的电场有响应。)关于这些器件的真正发射机制有许多理论和方案，但是基本前提在于，电子从源区和电介质的结处隧穿到电介质层中某处的电介质的导带。一旦位于导带内，电子就会朝着薄金属阴极被弹道加速(ballistically accelerated)。随后电子隧穿通过薄金属阴极并从发射器出射。使用这些传统平面发射器(MIS，MOS，及MIM)的缺点包括寿命稳定性、空间分辨率和低效率。这些器件的寿命稳定性主要依赖于电介质的厚度。由于电介质层的坚固性，电介质越厚，这些器件的寿命越长。另一方面，更厚的电介质材料进一步降低了材料的原本就较低的效率-减少了可从这些器件抽取的射束电流的量。最后，由于电子通过绝缘层和薄的金属电极层时与原子发生碰撞，使得这些材料降低了空间分辨率。这会使化学键断裂(降低寿命)并散射电子，增加了聚焦电子的难度。
技术实现思路
一种发射器，包括电子提供层，在电子提供层上定义发射区域的电介质层，以及位于定义的发射区内并且和电子提供层接触的填充沸石发射层。填充沸石发射层把半导体材料保持在沸石的笼罩(cage)内。附图说明图1示意性示出了本专利技术中发射器优选实施方案的代表；图2示出了用于形成图1中典型优选实施发射器的优选实施发射器制作过程的方框图；图3示出了具有发射器和目标媒质的优选实施器件的方框图；图4示出了优选实施集成电路的方框图；图5示出了可替换的优选实施显示器的方框图；以及图6A和6B示出了优选实施存储器件。具体实施例方式本专利技术涉及一种包括填充沸石发射层的发射器。发射层形成于诸如硅或多晶硅衬底的电子源上、由诸如场氧化物或氮化硅的绝缘体定义的区域内。沸石结构部分被填充半导体材料以形成量子点结构。在形成包括根据本专利技术发射层的器件中使用的优选气相沉积工艺会产生具有高稳定性的自组装材料。具体沸石的孔的尺寸在制作过程中被很好地确定，并且容易控制，使得发射器可大量重复生产。现在将参照优选实施发射器和包含该优选实施发射器的代表性器件来阐述本专利技术。在描述本专利技术中，将使用具体的典型器件、制作过程和器件应用来说明本专利技术。为了说明及理解本专利技术，尺寸及图示器件可能被放大。技术人员应当理解的是，用传统方式的二维示意层结构描述的单个发射器来提供三维发射器结构的教导。技术人员还应当理解的是，本专利
的指导可以被用到传统的集成电路制作工艺。现在参考图1，以二维截面示意图示出了本专利技术的一个优选实施发射器10。优选实施发射器10为一种金属-绝缘体-半导体(MIS)器件，包括由形成在填充沸石发射层14上的薄金属层12定义的平面发射区域。发射层14形成在一个由例如场氧化物的电介质层15定义的区域内。n++硅衬底16作为发射器10的电子提供源。当在金属接触结构18上施加合适的电压时，场激发电子发射，以通过填充沸石发射层14。在发射器10内，金属接触结构18被显示为优选的由Au和Ta形成的多层接触。分离层20和22，例如，可在包含有发射器10的集成电路中形成部分电路互连图形。在金属接触结构18上施加电压，会在衬底16和充当阴极的薄金属层12之间形成电场。沸石为高度结构化的、长程结晶有序的结晶纳米结构。传统的沸石为铝硅酸盐，但沸石化学现在扩展到铝磷酸盐、镓硅酸盐、镓磷酸盐和硼硅酸盐。优选实施方案采用铝硅酸盐的沸石层。铝硅酸盐分子基于TO4四面体，其中T为铝或者硅原子。四面体的所有四个角被共享，形成巨大的三维网络。四面体主要取决于硅和铝的比例，形成各种包含多达16个原子的二级构建单元(secondarybuilding units)(SBU)。SBU随后结合成链状和层状，这些链和层具有大得足以装入原子、阳离子或分子的孔或笼罩和/或通道。沸石分子为自组装，笼罩或通道的尺寸是由SBU及它们是如何装配在一起的方式决定的。无论是形成笼罩、超级笼罩(supercage)还是通道，为了讨论方便，本专利技术的说明书中均采用“笼罩”来指代。无论空隙的几何形状如何，任何尺寸及间距合适的笼罩都适用于量子点发射层。多种沸石适于用作填充电子发射层。沸石本身为绝缘体。电子发射层的沸石优选使用八面沸石型结构。沸石Y是最优选的沸石。尽管不期望受到理论的束缚，但通常认为电子在沸石内的运动遵从两种机制中的一种，具体取决于沸石的结构和取向。任何允许电子运动通过沸石结构的沸石均可被考虑用于本专利技术，而不论实际的运动机制如何。如果使用c轴法线取向的沸石，则认为电子的流动是从一个笼罩运动到另一个笼罩。量子隧穿是电子在不同笼罩之间运动的一种可能方法。如果笼罩间距恰当，电子能够从一个笼罩运动到另一个笼罩，形成沿一行笼罩的电子流。当笼罩的间距约为10时，该笼罩是理想的。在发射器的一个优选实施方案中笼罩的间距为约10到约50，笼罩间距增大时电流减小。由于这些笼罩的尺寸，及这些笼罩充当电介质材料的事实，使得这些器件可以被认为是三维量子点结构，其中填充材料充当量子点。选用在量子点发射层14的沸石优选具有约5～约15的笼罩间距，更优选为约10～约15的笼罩间距。发射的特征以及产生发射所要求的工作条件取决于填充沸石发射层14的厚度。优选的发射层为一个厚度大约为0.05～0.50微米的填充沸石层。应用本专利技术的设计者应理解，更薄的层会降低层的隧穿阻力(如应用于器件设计1)，并在更低的电压下产生发射。然而，当层变得太薄时可能发生电介质击穿。厚度的下限还受材料的电介质强度影响。本专利技术的填充沸石发射层为稳定、高质量的电介质。更薄的层会产生相当好的电介质特性。设计者还应理解的是，最优的厚度会产生最大的发射效率。如果填充沸石发射层太薄，可能产生高的漏电流和电学短路，但如果太厚，发射电流将大幅减小。增加量子点发射层14的厚度将增加其隧穿阻力。在某个厚度时，隧穿阻力将大于期望值。然而，厚度上限的最大值也要视具体应用而定。如果愿意允许更高的电压则可使用较厚的层。总之，当需要较低的电压时，则在较低的电压下，较薄的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射器（１０），包括：电子提供层（１６）；在所述电子提供层上、定义发射区域的氧化物层（１５）；以及在发射区域内并且与所述电子提供层接触的量子点沸石发射层（１４），所述量子点沸石发射层包括多个笼罩，并把半导体材料保 持在所述笼罩内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T诺维特，DM舒特，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]