隧道效应发射器及其制作方法技术

一种发射器（１００）具有一个电子供给层（１０）以及这个电子供给层上形成的一个隧道效应层（２０）。可以选择在这个电子供给层上形成一个绝缘层（７８），其中有孔，孔中形成隧道效应层。在这个隧道效应层上形成一个阴极层（１４）。导电层（８２）部分地沉积在阴极层上，部分地沉积在绝缘层上，如果有绝缘层的话。导电层给出一个孔，以提供电子（１６）和／或光子（１８）的能量发射（２２）表面。（*该技术在2022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】
本专利技术涉及场致发射器件。具体而言，本专利技术涉及采用隧道效应的平面场发射发射器，以及它们在电子器件中的应用。专利技术简述一种发射器具有电子供给层以及在电子供给层上形成的一个隧道层。也可以选择在这个电子供给层上形成一个绝缘层，其中有孔，在孔中形成隧道层。在这个隧道层上形成阴极层。导电层部分地沉积在阴极层上，部分地沉积在绝缘层上，如果存在绝缘层的话。导电层上有孔，用来提供一个表面用于进行电子和/或光子发射。最好但是可选地，这个发射器要经历退火处理，从而增加电子供给层向阴极层穿过去的隧道电子的数量。附图简述参考以下附图能够更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定是按比例画出来的。相反，强调的是对本专利技术进行说明。除此以外，在这些附图中相同的引用数字对应于相似的部件。附图说明图1是本专利技术中隧道效应发射器的一个示例性说明。图2是利用图1所示隧道效应发射器产生一个聚焦电子束的一个示例性说明。图3说明一个集成电路，它包括几个隧道效应发射器和一个光学透镜，用来形成显示器。图4是结合了多个隧道效应发射器和控制电路的集成电路的一个示例性框图。图5是集成电路上隧道效应发射器的一个示例性说明，它包括一个用于将隧道效应发射器发射的能量聚焦的透镜。图6是利用包括多个隧道效应发射器以及产生或者通过光子的一个阳极结构的集成电路形成的一个示例性的显示器。图7A是一个示例性的存储器，它结合了包括多个隧道效应发射器用来在可重写媒介上读写信息的集成电路。图7B是结合到图7A所示示例性存储器中去的示例性读取电路的一个原理图。图8是一个示例性隧道效应发射器的一个顶视图。图9是图8所示隧道效应发射器的一个示例性剖面图。图10是采用了电子装置、显示器或者存储器中至少一样的计算机的一个示例性框图，它利用了本专利技术的隧道效应发射器。图11A～11J说明产生本专利技术的隧道效应发射器的第一个示例性过程中采用的示例性步骤。图12A～12D说明产生本专利技术的隧道效应发射器的第二个示例性过程中采用的示例性步骤。图13A～13B是说明如何选择改进本专利技术的隧道效应发射器的时候采用的示例性退火工艺的一些图。在说明本专利技术的时候，发射器的各个部件并没有按照比例画出。相对于其它尺寸，某些尺寸被夸大了，以便清楚地了解本专利技术。为了进行说明，这里给出的实施方案画成图的时候画成了二维的，各个区域具有深度和宽度。应该明白，这些区域仅仅是用于说明装置单独一个单元的一部分，它可能包括多个这样的单元，排列成三维结构。因此，这些区域将具有三维结构，包括长度、宽度和实际装置上的深度。此外，一方面本专利技术是利用传统的集成电路薄膜技术实现的。有几种不同的技术能够用来执行这些处理步骤，本领域中的技术人员可以进行互换。例如，材料的沉积可以采用蒸发、溅射、化学汽相沉积、分子束外延、光化学汽相沉积、低温光化学汽相沉积和等离子体沉积这样的几个工艺之一来完成。此外，有几种不同的腐蚀技术，比如湿腐蚀、干腐蚀、粒子束腐蚀、反应离子腐蚀和等离子体腐蚀，比如桶状等离子体腐蚀和平面等离子体腐蚀。实际上如何选择这些技术取决于使用什么样的材料以及成本因素。图1是发射器装置50的一个示例性示意图，它是一个平面发射器，用于电子和光子发射，包括一个电子源10。在电子源10上有一个隧道效应层20。这个隧道效应层20最好是利用金属族电介质或者硅基电介质形成。示例性的金属族电介质包括氮化钨硅(WSiN)或者氧化钽(TaO)，氧化钛(TiOx，其中x＝0.5～2.5)。还有，氮氧化钽铝(TaAlOxNy)，氧化钽铝(TaAlOx)，氮氧化铝(AlOxNy)或者其它过渡金属(TM)氧化物或者氮氧化物((TM)Ox或者(TM)OxNy)被看作能够用作隧道效应层20。金属族电介质隧道效应层的厚度最好是小于500埃，厚度在大约50～大约250埃的范围内更好，比如100埃或者更小。硅基电介质实例有SiNx，Si3N4(RI～2.0)，SixNy(x∶y＞3/4，RI～2.3)，和SiC。还有，Fy-SiOx和Cy-SiOx也被看作能够用作隧道效应层20。硅基电介质层的厚度最好是大约500埃，在大约250～大约5000埃之间的范围内更好，比如500埃或者更小。选中的厚度决定了隧道效应层20必须承受的电场强度和需要的发射器发射电流。在隧道效应层20中沉积一个阴极层14，最好是一个薄膜导体，比如铂、金、钼、铱、钌、钽、铬或者其它折射金属或者它们的合金。也可以采用其它的阴极层，这在本领域中大家都知道。阴极层的厚度最好是30～150埃。通过触点12在阴极层14和电子源10上施加具有一个发射器电压Ve(大约3～20伏特)的一个电压源24的时候，电子从基底10(电子源)到阴极层14之间直接或者间接穿过。在隧道效应层20中有缺陷的时候，电子通过的电场被打上各种间隙，从阴极层14表面上发射的电子16比传统设计的要多。另外，如果电介质足够薄，就会发生直接隧道效应。还有，出现电子发射16的同时发生光子发射18，形成发射器50的能量发射22。对于各种厚度，电场为 其中t厚度是隧道效应层20的厚度。例如，对于Ve＝10V，对于500埃厚度的隧道效应层20，电场强度等于2×106伏特/米。特定电介质的最小厚度取决于它的电介质强度。最好是通过溅射沉积一层金属族电介质隧道效应层20。将金属族电介质用作隧道效应层，可以在电子源10和阴极层14之间施加很强的电场，获得很高的发射率，因为金属族电介质能够承受强得多的电场而不会发生电击穿。金属族电介质允许发生直接隧道效应。最好是利用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)沉积硅基电介质隧道效应层20。将硅基电介质用作隧道效应层，在整个材料中都能获得缺陷区域，由于电子源10和阴极层14之间产生了电场，会通过各种缺陷产生隧道效应。图2是使用图1所示发射器50的一个示例性示意图。在这个应用中，用静电聚焦装置或者透镜28将发射的电子16聚焦，这个透镜利用导体中的一个孔，导体上有预定的电压，可以调整这个电压来改变透镜的聚焦28效果。本领域中的技术人员会明白，这些透镜可以用一个以上的导体层来制作，以获得所需要的聚焦效果。发射出来的电子16被透镜28聚焦成一个聚焦束32，打在阳极结构30上。阳极结构30设置在阳极电压Va26上，这个幅度随着用途以及阳极结构30到发射器50之间的距离不同而不同。例如，对于存储装置中属于记录媒体的阳极结构30，Va可以在500～1000伏特之间。透镜28通过在它的孔内形成一个电场34将发射出来的电子16聚焦。通过设置成一个适当的电压，从发射器50发射出来的电子到达孔的中心，然后被进一步吸引到阳极结构30，形成聚焦束32。图3是具有集成电路52的显示器40的一个示例性实施方案，这个集成电路52包括像素群阵列中形成的多个集成发射器100。这些集成发射器100发射光子18，一种可见光，用光学透镜38聚焦成聚焦束32，可以将它看成一个图像。这些光学透镜38涂敷了透明导电材料，比如氧化铟锡，以便捕获从发射器发射出来的电子。图4是集成电路52的一个示例性实施方案，这个集成电路52包括至少一个集成发射器100，但最好是包括多个集成发射器100，排列成一个阵列。发射器控制电路72被集成到集成电路52上，用于控制至少一个集成发射器100。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射器（１００），包括：一个电子源（１０）；电子源上面沉积的一个隧道效应层（２０）；和隧道效应层上面沉积的一个阴极层（１４）；部分地在阴极层上面沉积，给出一个孔用来产生发射区的一个导电层（８２），其中的电子源、隧道效 应层和阴极层都已经进行了退火处理（１２０，１２２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2001-10-31 10/0024221.一种发射器(100)，包括一个电子源(10)；电子源上面沉积的一个隧道效应层(20)；和隧道效应层上面沉积的一个阴极层(14)；部分地在阴极层上面沉积，给出一个孔用来产生发射区的一个导电层(82)，其中的电子源、隧道效应层和阴极层都已经进行了退火处理(120，122)。2.权利要求1的发射器(100)，能够提供发射电流大于1×10-2安培每平方厘米的发射能量(22)。3.一个电子装置，包括能够发射能量(22)的权利要求1的发射器(100)；和能够接收发射的能量，并且能够在收到发射能量的时候产生至少第一个效应以及在没有收到发射能量的时候产生第二个效应。4.一个存储装置，包括用来产生电子束的权利要求1的至少一个发射器(100)；将电子束进行聚焦产生聚焦束(32)的一个透镜(28)；和紧靠至少一个发射器附近的一个存储媒介(58)，这个存储媒介具有一个存储区域，能够处于多个状态(60)之一，以代表储存在这个存储区域中的信息；从而使当聚焦束照射这个存储区域的时候产生一个效应；这个效应的强度取决于存储区域的状态；和通过测量这个效应的强度来读取存储区域中储存的信息。5.一个发射器(100)，包括一个电子供给层(10)；在电子供给层上形成，其中有一个孔的一个绝缘层(78)；在这个电子供给层的这个孔中，绝缘层的上面形成一个隧道效应层(20)；在这个隧道效应层上形成的一个阴极层(14)；和部分地沉积在阴极层上面，部分地沉积在绝缘层上面的一个导电层(82)；其中的发射器已经进行了退火处理(120，122)，以提高从电子供...

【专利技术属性】
技术研发人员：S雷马穆施，陈之章，
申请(专利权)人：惠普公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]