隧穿发射器制造技术

一种发射器（５０，１００）具有电子源层（１０）和形成在电子源层上的隧穿层（２０）。绝缘层（７８）可选地形成在电子源层上，并具有确定在其中的窗口，其中形成隧穿层。阴极层（１４）被形成在隧穿层上，以便提供电子（１６）和／或光子（１８）的能量发射（２２）的表面。最好对发射器进行退火工艺（１２０，１２２），从而提高从电子源层隧穿到阴极层的电子的供应。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的目的是场发射器件。确切地说，本专利技术的目的是利用直接隧穿的平板场发射发射器及其在电子器件中的用途。
技术介绍
已经提出并实现了几种不同的场发射器件，来产生对显示器或诸如存储器件之类的其它电子器件有用的电子发射。诸如电子管之类的具有热电子发射的真空器件，通常要求对阴极表面进行加热以便产生电子发射。这些电子在真空中被拉向处于预定电压电位以吸引电子的阳极结构。对于诸如阳极射线管之类的显示器件，阳极结构涂敷有光体磷，以便当电子碰撞到磷光体上时，产生光子，从而产生可见图象。诸如spindt尖端(尖端电极)之类的冷阴极器件已经被用来取代热电子技术。但难以在保持可靠性的情况下减小尺寸和集成几个尖端电极。随着尺寸的减小，这种尖端更容易受到来自电子对其撞击时离化的真空中的沾污物造成的损伤。此离化的沾污物然后被吸引到尖端，并与之碰撞，从而引起损伤。为了提高尖端的寿命，真空区必须具有越来越高的真空。发射表面大的平板发射器能够可靠地工作于较低的真空要求下。但对于某些应用，来自常规平板发射器的电流密度对于实用来说不够高。因而要求产生一种高电流密度且能够可靠地工作于低真空环境中的平板发射器。
技术实现思路
一种发射器具有电子源层和形成在电子源层上的隧穿层。绝缘层可选地形成在电子源层上，并具有确定在其中的窗口，其中形成隧穿层。阴极层被形成在隧穿层上，以便提供电子和/或光子的能量发射表面。最好对发射器进行退火工艺，从而提高从电子源层隧穿到阴极层的电子供应。附图说明图1是结合本专利技术的隧穿发射器的示例图。图2是利用图1的隧穿发射器来产生聚焦电子束的示例图。图3是包括几个隧穿发射器和光学透镜来产生显示器件的集成电路的示例图。图4是组合多个隧穿发射器和控制电路的集成电路的示例方框图。图5是包括用来对来自隧穿发射器的能量发射进行聚焦的透镜的集成电路上的隧穿发射器的示例图。图6是由包括多个隧穿发射器和产生或通过光子的阳极结构的集成电路形成的示例显示器。图7是一种组合了包括用来将信息读出和记录到可重新写入的媒质上的多个隧穿发射器的集成电路的示例存储器件。图8是示例隧穿发射器的俯视图。图9是图8所示隧穿发射器的示例剖面图。图10是组合了结合本专利技术隧穿发射器的电子器件、显示器、或存储器件中的至少一种的计算机的示例方框图。图11A-11L是用于产生本专利技术隧穿发射器的示例工艺中的各个示例步骤的说明。图12A和12B是用来可选地改善本专利技术的隧穿发射器的示例退火工艺曲线。具体实施例方式本专利技术的目的是场发射发射器，它利用小于大约500的足够薄的隧穿层在电子源和平板阴极表面之间产生大电场，从而提供每平方厘米高量级的发射电流。常规的平板发射器型器件每平方厘米表面面积的发射电流低，因而无法用于某些应用。本专利技术采用优选在50-250之间，最好约为100的薄的金属簇(cluster)介质淀积，来形成其中电子能够在电子源与阴极表面之间隧穿的势垒。利用这种材料，发射电流能够大于每平方厘米10mA、100mA、或1A，这分别比常规平板发射器技术的发射电流大一个数量级、二个数量级、或三个数量级。实际的发射率依赖于用于隧穿层的材料类型和厚度的设计选择。除了电子发射之外，本专利技术还能够产生光子发射，从而提供了结合本专利技术的发射器的其它用途。在本专利技术及其制造方法和各种用途的下列描述中，本专利技术的其它优点和特点将变得更为明显。在本描述中，发射器元件的各个部分未被按比例绘出。为了更清楚描述和理解本专利技术，某些尺度相对于其它尺度已经被夸大。为了说明的目的，此处所示的各个实施方案被示于二维图中，各个区域具有深度和宽度。应该理解的是，这些区域仅仅是部分单个器件单元的说明，它可能包括排列在三维结构中的多个这种单元。因此，当制造在实际器件上时，这些区域具有3个尺度，包括长度、宽度、以及深度。而且，本专利技术的一种情况是能够用常规的集成电路薄膜技术来加以制造。存在着几种不同的技术来执行几种工艺步骤，并能够由本
的熟练人员互换。例如，除非特别指出，材料的淀积可以举例来说采用诸如蒸发、溅射、化学气相淀积、分子束外延、光化学气相淀积、低温光化学气相淀积、以及等离子体淀积之类的几种工艺之一。此外，存在着几种不同的腐蚀技术，举一些可能的腐蚀技术的例子来说，例如湿法腐蚀、干法腐蚀、离子束腐蚀、反应离子刻蚀、以及诸如桶形等离子体腐蚀和平面等离子体腐蚀之类的等离子体腐蚀。所用实际技术的选择将依赖于所用的材料和成本考虑以及其它各种因素。图1是发射器器件50的示例图，优选为用于电子发射和光子发射的平板发射器，它包括电子源10。电子源10上是隧穿层20。隧穿层20优选由诸如硝酸硅钨(WSiN)或氧化钽(TaOx)、氧化钛(TiOx，其中x＝0.5-2.5)之类的金属簇介质组成。预计氮氧化钽铝(TaAlOxNy)、氧化钽铝(TaAlOx)、氮氧化铝(AlOxNy)、或其它的过渡金属(TM)氧化物或氮氧化物((TM)Ox或(TM)OxNy)也能够用作隧穿层20。隧穿层的厚度优选为小于500，更优选约为50-250，例如100或以下。选择的厚度决定了隧穿层必须能够承受的电场强度和所希望的发射器发射电流。排列在隧穿层20上的是阴极层14，优选为诸如铂、金、钼、铱、钌、钽、铬、或其它难熔金属、或其合金之类的薄膜导体。阴极层的厚度优选为30-150。当具有发射器电压为Ve(约为3-10V)的电压源24经由接触12被施加到阴极层14和电子源10时，电子从衬底10(电子源)隧穿到阴极层14。由于隧穿层20很薄，故电子通过其中隧穿的电场非常强，故从阴极层14表面的电子发射16大于常规的设计。光子发射18也同电子发射16一起发生，从而形成从发射器50的能量发射22。各种厚度的电场如公式 E→=Vetthickness]]>计算，其中tthickness是隧穿层20的厚度。例如，对于Ve＝10V，对于100的隧穿层厚度，电场等于每米107V。最好用溅射方法来淀积隧穿层20。由于金属簇介质承受更高得多的电场而不被电击穿，故利用金属簇介质作为隧穿层，能够将非常高的电场强度施加在电子源10与阴极层14之间来获得更高的发射。图2是图1发射器50的使用示例图。在此应用中，利用被示例为设定在预定电压下的导体中孔径的静电聚焦器件即透镜28，电子发射16被聚焦，此预定电压能够被调整以改变其聚焦效果。本
的熟练人员可以理解的是，透镜28可以由一个以上的导电层组成以产生所希望的聚焦效果。电子发射16被透镜28聚焦成阳极结构30上的聚焦束32。阳极结构30被设定在阳极电压Va26，其幅度依赖于专门用途以及从阳极结构30到发射器50的距离而变化。例如，若阳极结构30是存储器件的可记录媒质，则Va可以被选择为500-1000V。透镜28借助于在其孔径中形成电场34而聚焦电子发射16。借助于设定Ve在恰当的电压，从发射器50发射的电子被引导到孔径中心，并进一步被吸引到阳极结构30，从而形成聚焦束32。图3是显示器40的示例实施方案，此显示器40具有包括多个制作在象素组阵列中的集成发射器100的集成电路52。此集成发射器100发射光子发射18，可见光源被光学透镜38聚焦成聚焦束32，可作为图象被观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射器（５０，１００），它包含：电子源（１０）；阴极层（１４）；以及排列在电子源与阴极层之间的隧穿层（２０），其中，电子源、阴极层、以及隧穿层已经经受了退火工艺（１２０，１２２）。

【技术特征摘要】
US 2001-4-30 09/846,1271.一种发射器(50，100)，它包含电子源(10)；阴极层(14)；以及排列在电子源与阴极层之间的隧穿层(20)，其中，电子源、阴极层、以及隧穿层已经经受了退火工艺(120，122)。2.权利要求1的发射器(50，100)，其中，隧穿层(20)是金属簇介质。3.权利要求1的发射器(50，100)，其中，隧穿层(20)是选自TiOx、TaOx、 WSiN、TaAlOxNy、TaAlOx、和AlOxNy的金属簇介质。4.权利要求1的发射器(50，100)，能够提供大于每平方厘米1×10-2A的发射电流。5.权利要求1的发射器(50，100)，其中，隧穿层(20)的厚度约为50-250。6.一种集成电路(52)，它包含衬底(10)；排列在衬底上的权利要求1的发射器(50，100)；以及用来使制作在具有发射器的衬底上的发射器工作的电路(72)。7.一种电子器件，它包含权利要求1的能够发射能量(22)的发射器(50，100)；以及阳极结构(76，40，58)，它能够接收发射的能量并响应于接收发射的能量而产生至少第一效应且响应于未接收发射的能量而产生第二效应。8.权利要求7的电子器件，其中，此电子器件是一种大规模存储器件(图7)，而阳极结构是一种储存媒质(58)，此电子器件还包含读出电路(62)，用来探测阳极结构上产生的效应。9.权利要求7的电子器件，其中，此电子器件是一种显示器件(图6)，而阳极结构是一种显示屏(40)，它响应于接收发射的能量而产生可见的效应。10.权利要求9的电子器件，其中，显示屏(40)包括能够响应于接收发射的能量(22)而发射光子(18)的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z陈，MJ雷甘，BE波尔夫，T诺维特，P本宁，MA约翰斯通，S拉马莫尔蒂，
申请(专利权)人：惠普公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]