多极场致电子发射器件及其制造方法技术

一种多极场致电子发射器件，它形成于一绝缘层上，而该绝缘层形成于一绝缘平基片表面上，该器件至少包括：一个阴极，它具有多个伸出所述绝缘层的发射尖端；一个阳极，它形成于所述绝缘平基片的表面上，并收集从发射尖端发射的电子；一个控制电极，它形成于所述阴极与阳极之间。该器件是采用过蚀刻和定向粒子淀积方法制造的。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多极场致电子发射器件，该器件能够控制从冷阴极场致发射的电子。尤其是，它涉及一种多极场致电子发射器件，其中，输入信号电压和阳极电流成线性关系，该器件可用于诸如功率放大器、线性放大器和开关电路之类的装置中。作为现有技术中的多极场致电子发射器件，有一种已在JournalofAppliedPhysics，Volume59，number2，pages164to169(1990)(应用物理杂志，1990年第59卷2号，第164至169页)中由〔Junji〕Ito发表。图33是现有技术中的多极场致电子发射器件的一个通用示图。这被称为平面三极管器件。它有一个结构，其中，楔形发射极(阴极)102、柱形栅极103和阳极104依次被制备于石英基片101的表面上。这三个电极是利用光刻工艺形成一微米厚的钨薄膜而制成的。发射极102具有10微米的间距，发射尖端数量为170。发射极102和栅极103之间的距离为15微米。栅极103和阳极104之间的距离为10微米。当在5×10-6Pa的真空中测量该三极管器件的电气特性时，发射极发射电流是Fowler Nordheim(F.N)隧道电流。当栅极电压是220V和阳极电压是318V时，得到的阳极电流大约为1.2mA。对于一个发射极，阳极电流量约为7μA。互导约为0.1μs。但是，现有技术中的三极管器件存在很多问题，下面将讨论这些问题。即，从发射极102发射的电子，射向阳极104，然而，由于加有正偏压的栅极103位于这两电极之间，部分发射电子将流到栅极。因为栅极电流是等于或大于阳极电流，故栅极输入电阻是很小的。也就是说，流到阳极104的电子数额(阳极电流除以总发射电流)将减少，导致电气特性下降，因为诸如效率和互导之类的参数是低的。利用现有技术，该数额处于60%的水平。当控制具有低输入电阻的三极管器件的阳极电流时，为了把输入信号加到栅极103，需要一个驱动电路，该电路能够控制诸如大电流和大功率之类的参数。由于这种限制，难以利用现有技术中的三极管器件作为电流放大器和电源开关。此外，发射极的发射电流是F.N隧道电流，它随栅极电压按指数关系增加或减少。结果，阳极电流随栅极输入信号按指数关系变化。具有非线性的输入与输出关系的三极管器件，不能应用到诸如线性放大器之类的装置中。进一步，为了增大三极管器件的互导和改善其性能，需要修改栅极103的结构和增大发射极102的发射表面面积。但是，如果增大发射表面面积，也会增加流入栅极103的电子。结果是，利用现有技术，不能获得高性能的功率放大器。阴极102和栅极103是在相同的光刻工艺中制备的。当光致抗蚀剂曝光时，这些电极之间的距离由分辨率决定。实际上，0.8微米是一个极限。而且，随加工几何尺寸变小，偏差增大。该场致电子发射器件的电子发射的阈值电压和该电压的均匀性，大大地依赖于阴极102和栅极103之间的距离。结果，难以减小现有技术中的三极管器件的阈值电压。即使阈值电压得以减小，仍存在均匀性差的问题。场致电子发射器件的阈值电压大大地依赖于阴极102尖端的曲率半径。即，尖端曲率半径越小，阈值电压越低。为了获得一个实用的阈值电压，希望有一个1000 或更小的尖端曲率半径。然而，采用现有技术，由于光致抗蚀剂的渗透，极限是2000 。因而一个实用的尖端曲率半径的制备是困难的。因此，本专利技术的提出原因是要克服现有技术中存在的问题。其专利技术目的是提供一种高性能的多极场致电子发射器件，该器件具有大的栅极输入电阻、线性的输入与输出关系，以及大的互导，并提供一种该多极场致电子发射器件的制造方法。本专利技术的多极场致电子发射器件的特征是，其至少包括一个根据场效应发射电子的阴极，一个把电场加到前述阴极的栅极，一个收集发射电子的阳极，以及一个位于前述阴极和前述阳极之间的控制电极，它控制前述的发射电子。本专利技术的另一个特征是，其至少备有一个岛状绝缘层，该层在一绝缘平基片的表面上形成;一个阴极，它具有从前述岛状绝缘层伸出的发射尖端;一个在前述平基片表面上形成的栅极，它通常垂直于前述发射尖端的邻近部分;一个在前述平基片表面上形成的阳极;以及一个位于前述平基片表面上的控制电极，它位于前述栅极和前述阳极之间。此外，本专利技术的多极场致电子发射器件的特征是，其包括一个屏蔽电极，它在前述控制电极和前述阳极之间形成，并静电屏蔽前述控制电极和前述阳极;以及一个抑制电极，它形成于前述屏蔽电极和前述阳极之间，并控制前述阳极的二次电子。本专利技术的场致电子发射器件的制造方法包括一个制造阴极的工艺，该阴极有一个几乎与平基片表面平行伸出的发射尖端，该工艺至少包含在前述的平基片表面上淀积和形成一个蚀刻掩模层，在前述的蚀刻掩模层上淀积和形成一个阴极，以及在前述的阴极表面上淀积和形成一个蚀刻钝化层的工序;处理前述的蚀刻掩模层形成一个发射尖端的蚀刻掩模的工序;按照前述蚀刻掩模的形状形成所述的阴极层，从而形成具有发射尖端的阴极的工序。此外，本专利技术的场致电子发射器件的制造方法至少包括在平基片表面上形成蚀刻掩模层的工序;在前述蚀刻掩模层表面上形成阴极层的工序;在前述阴极层表面上形成抗蚀剂层的工序;按前述抗蚀剂层表面的形状处理前述阴极层的工序;利用过蚀刻方法处理前述蚀刻掩模层形成蚀刻掩模的工序;从阴极的较低周边除去前述的蚀刻掩模形成檐形阴极的工序;利用定向粒子淀积形成栅极层的工序;以及处理前述栅极层形成栅极的工序。本专利技术的多极场致电子发射器件包括一个在绝缘层上形成的阴极，该绝缘层位于一绝缘平基片的表面上，该阴极具有多个从所述绝缘层伸出的尖端;一个在所述平基片表面上形成并收集发射电子的阳极;一个在所述阴极和所述阳极之间形成的栅极，它至少在相应于所述发射尖端的一个位置有一开口;以及一个在所述栅极和所述阳极之间形成的控制电极。本专利技术的多极场致电子发射器件或许至少包括一个根据场效应发射电子的阴极;一个把电场加至前述阴极的栅极;一个收集发射电子的阳极;以及一个位于前述阴极和前述阳极之间的控制电极，它控制前述的发射电子。除了前述的阴极、栅极、控制电极和阳极之外，它还包括〔另〕一个控制电极，其位于前述控制电极和前述阳极之间;一个静电屏蔽前述阳极的屏蔽电极;以及一个在前述屏蔽电极和前述阳极之间形成的抑制电极，其控制前述阳极的二次电子。本专利技术的阴极形成于绝缘层的表面上，该绝缘层形成于绝缘平基片的表面上，该阴极具有从前述绝缘层伸出的发射尖端，与发射尖端的形状相应，绝缘层形成为岛状。栅极层中的开口用于使阳极有效地收集从阴极发射的电子。例如，若开口是环形的并在形成于尖端的对应位置，那么流到栅极的电子数量会显著地减少，栅极输入电阻会变得很高。作为发射电流流至环形开口内的结果，栅极电流和控制电流将减小，寄生电流也将减小。下面描述本专利技术的实施例。图1是四极场致电子发射器件的一部分的剖视面。该器件中的栅极5和控制电极6是由厚度为1000 的钼薄膜制成的，它们位于由石英制成的平基片1的表面上。有一个岛状绝缘层2，其厚度为5000 ，由二氧化硅制成，并邻近栅极5和控制电极6。在岛状绝缘层2的表面上，邻近栅极5的电极是阴极3，该阴极厚2000 ，并具有伸出的发射尖端4。在岛状绝缘层2的表面上，靠近控制电极6的电极是阳极7，其厚度为2000 。阴极3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多极场致电子发射器件，其特征在于，至少包括：一个借助场效应发射电子的阴极，一个把电场加到所述阴极的栅极，一个收集发射电子的阳极，和一个控制电极，该控制电极位于所述的阴极和阳极之间，并控制所述的发射电子。

【技术特征摘要】
JP 1991-5-13 107505/91;JP 1991-7-4 164636/91;JP 191.一种多极场致电子发射器件，其特征在于，至少包括一个借助场效应发射电子的阴极，一个把电场加到所述阴极的栅极，一个收集发射电子的阳极，和一个控制电极，该控制电极位于所述的阴极和阳极之间，并控制所述的发射电子。2.根据权利要求1所述的多极场致电子发射器件，其中，一个静电屏蔽控制电极和阳极的屏蔽电极位于控制电极和阳极之间。3.根据权利要求1所述的多极场致电子发射器件，其中，一个静电屏蔽控制电极和阳极的屏蔽电极位于控制电极和阳极之间，一个控制阳极的二次电子的抑制电极位于所述屏蔽电极和阳极之间。4.一种多极场致电子发射器件，其特征在于，至少包括一个在绝缘平基片表面上形成的岛状绝缘层;一个备有发射尖端的阴极，此发射尖端位于前述岛状绝缘层的表面上并从该岛状绝缘层伸出;一个栅极，它形成于所述平基片的表面上，并几乎与所述发射尖端的邻近区域正交;一个阳极，它形成在平基片表面上所述阴极的对侧，所述栅极位于此阳极与阴极之间;以及一个控制电极，它形成于所述平基片表面上所述栅极与阳极之间。5.根据权利要求4所述的多极场致电子发射器件，其中，一个屏蔽电极形成于平基片的表面上控制电极与阳极之间。6.根据权利要求4所述的多极场致电子发射器件，其中，一个屏蔽电极形成于平基片表面上控制电极与阳极之间，一个抑制电极形成于平基片表面上屏蔽电极与阳极之间。7.根据权利要求4所述的多极场致电子发射器件，其中，控制电极结构的一部分是位于平基片表面上的近似柱形结构。8.根据权利要求5所述的多极场致电子发射器件，其中，控制电极和屏蔽电极结构的一部分是位于平基片表面上的近似柱形结构。9.根据权利要求6所述的多极场致电子发射器件，其中，控制电极和屏蔽电极结构的一部分是位于平基片表面上的近似柱形结构。10.一种多极场致电子发射器件，其特征在于包括一个铅锤形阴极，它形成于导电的平基片表面上，并具有一个几乎垂直的铅轴;一个第一绝缘层，它形成于平基片表面上，并且围绕所述阴极的周边是开口的;一个栅极层，它形成于所述第一绝缘层的表面上，并且围绕所述阴极的周边是开口的;一个阳极层，它形成于位于一真空层另一侧的对置的平基片表面上;以及一个控制电极，它形成于所述栅极与阳极之间。11.一种用于多极场致电子发射器件的驱动方法，其特征在于，把阴极接地;把正偏置栅极电压加到栅极上;把正偏置阳极电压加到阳极上，该电压通常大于栅极电压;以及把输入信号电压加到控制电极上，以便控制阳极电流。12.一种用于多极场致电子发射器件的驱动方法，其特征在于，把栅极接地;把负偏置阴极电压加到阴极上;把正偏置阳极电压加到阳极上;以及把输入信号电压加到控制电极上，以便控制阳极电流。13.一种用于多极场致电子发射器件的驱动方法，其特征在于，把栅极接地;通过一个和阴极串联的电阻，把负偏置阴极电压加到阴极上;把正偏置阳极电压加到阳极上;以及把输入信号电压加到控制电极上，以便控制阳极电流。14.一种用于多极场致电子发射器件的驱动方法，其特征在于，把栅极接地;把负偏置阴极电压加到阴极上;把正偏置屏极电压加到屏蔽电极上;以及把输入信号电压加到控制电极上，以便控制阳极电流。15.一种用于多极场致电子发射器件的驱动方法，其特征在于，把阴极和抑制电极接地;把栅极电压加到栅极和屏蔽电极上;把阳极电压加到阳极上;以及把输入信号电压加到控制电极上，以便控制阳极电流。16.一种多极场致电子发射器件，它包括一个在绝缘层上形成的阴极，该绝缘层是在一...

【专利技术属性】
技术研发人员：小松博志，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]