自對準電子源裝置的製作方法
2023-10-04 20:34:49 2
專利名稱：自對準電子源裝置的製作方法
背景技術：
本發明一般涉及使用電子源裝置產生電子束。更具體地說，本發明涉及用於自對準電子源裝置的新結構和新材料，所述電子源裝置從被包括由介質層分開的分離和聚焦電極的空腔共軸圍繞的複合發射體產生電子束。
這裡提出的文章和出版物提供其中所包含的信息不承認任何這些信息為法定的「先有技術」並且我們保留建立關於任何這類信息的在先發明人資格(priorinventorship)的權利。
儘管Spindt型場致發射體(下文稱場致發射體)已經用於諸如平板顯示器的一些技術中，但是當用於諸如高密度存儲技術的其他技術時，對於場致發射體的傳統實現有幾個不利之處。
在典型的FED中，顯示器中每個像素由連接到公共發射電極的各個場致發射體的陣列服務，後者通常是非常大的一組。每個像素包括可響應入射在該像素上的電子束而發出可見光的螢光體塗層。來自單個發射體的電子束將在像素的方向上發散(擴展)。但是，像素的面積大於來自單個發射體的電子束的寬度。因此，需要發射體陣列以從便像素產生足夠強度的光。而且，發射體陣列保證發射體冗餘以防一個或一個以上的場致發射體無法工作。另一方面，高密度存儲技術需要能把數據存儲在存儲媒介的小的、極小尺寸的區域以及從該區域檢索數據的窄聚焦的電子束。因而，用於FED的散粒(shotgun)(寬束)方法在高密度存儲應用中是不可取的。可在以下已頒發的美國專利5447596中發現對場致發射體及其在高密度存儲裝置中的使用的一般討論。
靜電聚焦電子束是本領域中眾所周知的技術。例如，可以用負偏置聚焦電極來使電子束向著射束軸靜電偏轉。得到會聚成更窄射束的電子束。靜電聚焦的另一實例是使用共軸地環繞電子束走過的路徑的介質層。電子束的自然發散使電子束打在介質層上由此在介質層中產生負靜電荷。最終，產生的電荷達到發射電極的電位。因此，靜電荷導致電子束的寬度向內朝著射束軸線收縮。最後，用於聚焦電子束的另一方法包括使用位於發射體陣列的相對側的聚焦隆起線。隆起線被偏置到接近或等於發射體電壓的電位。隆起線對來自陣列的電子束的軌跡產生靜電影響，使得目標像素中的螢光體基本上被所有發射的電子撞擊。在以下已頒發的美國專利5070282、5235244和5528103中可以發現在FED中準直電子束的一般討論。以上提到的聚焦技術用來充分地縮窄電子束、使得它以足以產生所需強度的光的電子束寬度打在目標像素上。儘管那些聚焦技術將電子束變窄了，但電子束對於用在高密度存儲應用中仍然太寬。而且，在聚焦元件和發射體的射束軸之間的不對準將導致電子束的一些偏斜，但是這種偏斜不會使FED的適當操作失效。另一方面，在高密度存儲裝置中希望具有能準確地指向存儲媒介的非常狹窄和精確對準的電子束。
本領域中還知道通過使用微電子製造技術以在場致發射體上形成非常尖銳的尖頭和/或通過對整個場致發射體或僅對場致發射體的尖頭使用低逸出功材料，減小從發射體的尖頭產生電子發射所需的電位。根據應用，用於場致發射體的材料的逸出功可在從大約0.3eV到大約6.0eV的範圍。例如，通過使用諸如各種類型的碳塗層的材料可獲得在1.0eV以下的逸出功。可以在下列公開的美國專利5702281中發現對FED場致發射體材料及其逸出功的一般討論。因為FED可以用於便攜顯示器應用場合，所以希望通過使用低逸出功材料來減少電極間偏置電壓以減少功耗。但是，低逸出功材料的不利之處是用於製造顯示器的微電子製造工藝可能使發射體材料的逸出功變化。通常，逸出功從其已知值增加到更高值。因此，逸出功可能從發射體到發射體不等，導致FED的各發射體中電子束電流不同。
因此，需要下述電子源裝置適合於發射單一、窄聚焦的電子束；包括具有統一的錐形和非常尖銳的尖頭的發射體結構；具有由逸出功不會在裝置的微電子製造過程中變化的材料的組合製成的發射體；以及具有與裝置的電極自對準的發射體。
上述與聚焦電子束相關的不利之處通過提供與發射體的頂點自對準的空腔、使得裝置的電極與發射體的射束軸同軸地對準來解決。與發射體的不穩定逸出功相關的問題通過使用新的材料組合從而得到穩定逸出功來解決。對於發射體的統一錐形和尖頭通過使用材料合成以形成發射體來解決。
概括地說，本發明包括在用於產生電子束的自對準電子源裝置中。所述裝置包括其上形成有發射電極的第一介質層。在發射電極上形成第二介質層，隨後在第二介質層上形成引出電極。接著，在引出電極上形成第三介質層，隨後在第三介質層上形成聚焦電極。通過單一的光刻步驟隨後單一的蝕刻步驟來形成空腔。空腔貫穿聚焦電極、第三介質層、引出電極和第二介質層。空腔在發射電極處終止。最終，在發射電極上形成複合發射體。複合發射體包括形成於發射電極上的基座和形成於基座上的基本為圓錐形的尖頭。尖頭在頂點終止而形成尖銳的點。空腔設置成關於複合發射體對稱並且與尖頭的頂點同軸地對準，使得空腔以經過尖頭的頂點的射束軸為中心且空腔與複合發射體互為基準基本上自對準，產生關於複合發射體的射束軸對稱的靜電透鏡組件(包括引出和聚焦電極)。
通過在裝置的電極間加上特定用途的偏置電壓，可以由引出電極把位於尖頭頂點附近的電子引出並且由聚焦電極會聚成更小的電子束。該電子束可用來把數據寫入包括超高密度存儲裝置的先進的數據存儲系統和從其讀出數據。
在以下將要詳細描述的本發明的實施例中，可用包括耐熔金屬、金屬合金、矽合金、可電鑄成型金屬、碳化物或氮化物的各種導電材料製成複合發射體的尖頭。
在本發明的一個實施例中，在襯底上形成第一介質層。
在本發明的另一個實施例中，可用包括形成於粘附層上面的細粒非晶形敷層的導電合成材料製成電極中的任何一個。
在本發明的一個實施例中，發射電極是由重摻雜半導體材料製成的。
在本發明的另一個實施例中，複合發射體的基座是由鈦、鉻或摻雜矽製成的。
在本發明的一個實施例中，第二和第三介質層中任何一個包括蝕刻終止介質層和在蝕刻終止介質上形成的後移介質層。後移介質層包括用來減少在介質層面對空腔的部分上的電荷積累的後移(pull-back)表面輪廓。
在本發明的另一個實施例中，尖頭由可電鑄成形的金屬製成使得尖頭的頂點形成原子級尖頭。
本發明的其他方面和優點將從結合附圖、以舉例的方式說明本發明原理的以下詳細描述中變得清楚。
附圖簡介
圖1是按照本發明的自對準電子發射裝置的橫剖視圖。
圖2是說明按照本發明的相對於所述引出電極的上表面和下表面的頂點的位置的橫剖視圖。
圖3是說明按照本發明的電鑄成型的原子級尖銳頂點的橫剖視圖。
圖4是說明按照本發明、在朝著聚焦電極方向上具有反斜面的空腔的裝置的橫剖視圖。
圖5和圖6是說明按照本發明、具有後移表面輪廓的介質層的橫剖視圖。
圖7是說明按照本發明的具有蝕刻終止介質層和後移介質層的第二和第三介質層的橫剖視圖。
圖8是說明蝕刻到圖7的介質層中的後移表面輪廓的橫剖視圖。
圖9是說明按照本發明由導電複合材料製成的電極的橫剖視圖。
圖10是說明按照本發明的相對於聚焦電極處的空腔直徑的複合發射體高度與第二介質層高度之間的關係的橫剖視圖。
圖11是按照本發明在電氣上配置成可逐一地或成組地啟動的自對準電子發射裝置的陣列的俯視平面圖。
圖12是說明用於按照本發明的尖頭的金屬合金和矽合金的表。
詳細描述在以下詳細描述和附圖的幾幅圖中，相似的元件以類似的標號來標識。
如附圖中所示，為了說明，本發明包括在自對準電子源裝置中，所述裝置包括其上形成有發射電極的第一介質層；在發射電極上形成的第二介質層；在第二介質層上形成的引出電極；在引出電極上形成的第三介質層；以及在第三介質層上形成的聚焦電極。在所述裝置中形成貫穿聚焦電極、第三介質層、引出電極和第二介質層的空腔且空腔在發射電極處終止。在空腔中形成複合發射體且複合發射體包括形成於發射電極上的基座和形成於基座上且在頂點終止的、基本上圓錐形的尖頭。空腔以複合發射體為中心且空腔與經過頂點的射束軸共軸對準，使得複合發射體與空腔大體上相互自對準。引出電極和聚焦電極形成靜電透鏡組件，後者適用於從複合發射體的尖頭引出電子並且把電子聚焦成沿著複合發射體的射束軸的窄射束。
通過單個光刻步驟和單個幹刻蝕步驟形成空腔，從而消除可能增加製造複雜性、成本、還可能引入降低產量的缺陷或汙染的多個製作布線圖案和蝕刻的步驟。另外，隨後用於複合發射體的基座和尖頭的材料的澱積導致空腔與發射體之間的自對準。
複合發射體，尤其是尖頭，可由所選材料來製造以產生不會在裝置的製造過程中改變的穩定逸出功。另外，基座和尖頭可由不同材料製成，可選擇這些材料以產生在其頂點具有尖銳的尖端的光滑錐形尖頭。
在圖1中，自對準電子源裝置10包括第一介質層11。在第一介質層11上形成導電的發射電極13。在發射電極13上形成第二介質層15。在第二介質層15上形成引出電極17。在引出電極17上形成第三介質層19。在第三介質層19上形成聚焦電極21。通過蝕刻貫穿除發射電極13之外的所有上述電極和介質層來形成空腔23，使得空腔23在發射電極13處終止。在形成空腔23之後，在空腔23中形成複合發射體1。複合發射體1包括形成於發射電極13上的基座3和形成於基座3上的基本上錐形的尖頭5。尖頭5在頂點V終止。最好是，尖頭5在頂點V處有一個尖銳的尖端。在頂點V處的尖銳尖端增大了在頂點V處的場強，由此增強了從尖頭5的電子發射。
空腔23對稱地環繞複合發射體1(即空腔23以複合發射體1為中心)，如箭頭S1和S2所示，並且與通過頂點V的射束軸B(如虛線所示)同軸對準，使得空腔23與複合發射體1相互之間基本上自對準。空腔23可具有基本上垂直的側壁面47使得空腔23大體上具有圓柱形。
可以把自對準電子源裝置10裝在部分真空的箱內(未示出)，使得空腔23處於部分真空狀態下。一般，空腔23處在至少10-5torr(乇)或更小氣壓的部分真空狀態下。
空腔23與複合發射體1之間的自對準關係的好處是由引出電極17從頂點V引出的電子(未示出)被聚焦電極21聚焦成基本上沿著射束軸B的會聚電子束(未示出)。實質上，聚焦電極21使電子束的橫截面寬度變窄。這些電子可打在處於對著聚焦電極的位置的存儲媒體(未示出)上的預定目標位置。例如，電子束可用來在存儲媒體上存儲及訪問信息。在尖頭5的頂點V與存儲媒體之間的距離以及在目標位置的電子束寬度將是專用的。
可通過單個光刻步驟和單個幹刻蝕步驟來形成空腔23。例如，可用半導體工業中傳統的反應離子蝕刻(RIE)工藝來形成空腔23。
在本發明的一個實施例中，可在襯底25上形成第一介質層11。襯底25可為半導體襯底。例如，襯底25可為矽。使用半導體作為襯底25的好處是可以在襯底25中形成用於對複合發射體1尋址的有源電路。其他適用於襯底25的材料包括玻璃和石英。
在本發明的另一個實施例中，如圖2中所示，尖頭5的頂點V位於引出電極17的上表面31和下表面33(都以虛線表示)之間的中間位置。儘管頂點V可位於上表面31之上或下表面33之下，但是，在最佳實施例中，從尖頭5最有效地抽取電子是由於把頂點V定位在引出電極17的上表面31和下表面33之間的中間位置。
複合發射體1的基座3不必具有如圖1中所示的大體上圓柱形。基座3可具有如圖2所示的弓形或錐形。基座3的實際形狀取決於為基座3所選的材料以及用以形成基座3的澱積過程。
可用本領域中眾所周知的傳統半導體集成電路製造工藝來製造裝置10。例如，可用傳統光刻和蝕刻技術來形成空腔23。可用例如RIE來蝕刻空腔23。可用傳統的薄膜澱積技術來形成介質層和電極。可利用蒸發技術來澱積基座3和尖頭5以形成複合發射體1。
用於複合發射體1的基座3的材料包括鈦(Ti)、鉻(Cr)、鈮(Nb)以及電阻性材料如摻雜矽(Si)。
在本發明的一個實施例中，可用耐熔金屬製造複合發射體1的尖頭5。用於尖頭5的耐熔金屬包括但不限於下面表1中所示的那些。
表1在本發明的另一個實施例中，可用金屬合金或矽合金製成複合發射體1的尖頭5。用於尖頭5的合金包括但不限於下面表2中所列出的合金。
表2圖12說明用於尖頭5的合金的矩陣並且包括表2的金屬合金和矽合金。在圖12中，適用於尖頭5的合金由在行與列的交叉點的記號√指明。在圖12中，列號從左至右增加如箭頭C所示，行號從上至下增加如箭頭R所示。例如，在第10行的矽(Si)可與第5列中的鋯(Zr)結合以形成用於尖頭5的矽鋯(SiZr)合金。類似地，在第7行的鎢(W)可與第8列中的鉻(Cr)結合以形成鎢鉻(WCr)合金。如可從圖12中看出的，用於尖頭5的金屬合金包括在上面表1中列出的耐熔金屬。因此，可用圖12中列出的任何兩種不同材料(矽(Si)除外)製成金屬合金。而且，可用圖12中列出的任何兩種不同材料製成矽合金。
用於由圖12的合金形成尖頭5的一種方法是採用共同蒸發工藝。例如，為形成如在第10行第1列的√指明的矽鈦(SiTi)合金，可同時蒸發矽(Si)源和鈦(Ti)源以形成尖頭5。另一方面，可蒸發同時包括矽(Si)和鈦(Ti)的源以形成尖頭5。
在本發明的一個實施例中，如圖3中所示，由可電鑄成形的金屬製成複合發射體1的尖頭5。用於低溫電鑄尖頭5的工藝在本領域中是眾所周知的。例如，可通過首先把用於尖頭5的材料澱積在基座3上來電鑄尖頭5。接著，將裝置10加熱到大約為用於尖頭5的金屬的熔點的一半的溫度。以低於從尖頭5引出電子所需場強的場強把引出電場加在引出電極17上。用於尖頭5的材料開始在分離電場的作用下流動。結果在尖頭5的頂點V形成原子級尖銳的尖端。
適用於可電鑄成形金屬的材料包括但不限於下面表3中列出的那些。
表3在本發明的另一個實施例中，可用碳化物(C)製成複合發射體1的尖頭5。用於尖頭5的碳化物(C)包括但不限於下面表4中所示的導電碳化物。
表4在本發明的另一個實施例中，可用氮化物(N)製成複合發射體1的尖頭5。用於尖頭5的氮化物(N)包括但不限於下面表5中所示的導電氮化物。
表5第一介質層11、第二介質層15和第三介質層19可由介質材料製成，後者包括但不限於氧化矽、氮化矽、碳化矽、在碳化矽上的氧化矽以及在氮化矽上的氧化矽。
發射電極13、引出電極17和聚焦電極21可用導電材料製成，後者包括但不限於鋁(Al)、鎢(W)、金(Au)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋁鉭(TaAl)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢鉭(TaWN)、碳化鈦(TiC)、碳化鋁(AlC)、碳化鉭(TaC)和碳化鎢(WC)。
在本發明的一個實施例中，發射電極13是由包括重摻雜半導體的導電材料製成的。所述重摻雜半導體可以是矽(Si)。
在本發明的另一個實施例中，如圖4所示，至少部分的空腔23在向著聚焦電極21的方向上具有反斜面41(即空腔在聚焦電極21的方向上變窄)。反斜面41可減少第二介質層15和第三介質層19的面向空腔23的表面上的電荷積累。
在本發明的一個實施例中，如圖5中所示，第二介質層15和/或第三介質層19分別包括面向空腔的部分43和45，後者具有可通過使這些部分遠離空腔23的膛來減小分別在面向空腔的部分43和45上的電荷積累的後移表面輪廓40。發射電極13和引出電極17用作第二介質層15和/或第三介質層19的蝕刻終止層，如箭頭49所示。
後移表面輪廓40可為如圖5所示的弓形或者後移表面輪廓40可為斜坡形(未示出)。空腔23可具有如圖5所示的基本垂直的側壁面47或者空腔23可具有如圖6所示並且在上文參照圖4討論的反斜面41。空腔23還可具有在向著聚焦電極21的方向上的正斜面(未示出)。後移表面輪廓40的其他形狀也是可能的，並且後移表面輪廓40的形狀取決於所用的蝕刻工藝。
在本發明的另一個實施例中，如圖7中所示，第二介質層15和第三介質層19可分別包括氮化矽(SiN)或碳化矽(SiC)的介質與機械強度增強層15a和19a，以及形成於介質與機械強度增強層15a和19a上的氧化矽(SiO2)的後移介質層15b和19b。
介質與機械強度增強層15a和19a增加了在裝置10的高壓工作中的抗介質擊穿性。另外，介質與機械強度增強層15a和19a機械上加強了形成發射電極13和引出電極17的相鄰金屬層。
後移介質層15b和19b可包括後移表面輪廓40，如圖8中所示。後移介質層15b和19b的厚度可以是從大約100納米到大約2000納米。蝕刻終止介質層15a和19a可具有從大約50納米到大約200納米的厚度。後移表面輪廓40可為如圖8所示的弓形或者後移表面輪廓40可具有斜面形。例如，弓形或斜面形在聚焦電極21的方向上可具有正或負的斜率。後移表面輪廓40的其他形狀也是可能的，並且後移表面輪廓40的形狀取決於所用的蝕刻工藝。
在本發明的一個實施例中，如圖9中所示，發射電極13、引出電極17和聚焦電極21可分別由包括分別形成於粘附層13a、17a和21a上的細粒非晶形敷層13b、17b和21b的導電複合材料製成。細粒非晶形敷層13b、17b和21b可為具有小顆粒結構、即類似鋼化玻璃的非晶結構的金屬。具體來講，通過把細粒或非晶形敷層用於發射電極13，基座3可澱積在不具有最佳晶體取向的細粒或非晶形敷層13b上。產生其上面可生成尖頭5的光滑表面。基座3的光滑表面使得可以生成具有光滑、統一且在頂點V的尖銳尖端處終止的對稱錐形尖頭5。
用於細粒非晶形敷層13b、17b和21b的材料包括(但不限於)在用於粘附層13a、17a和21a的以下材料鈦(Ti)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鎢(W)和鉻(Cr)中任何一種上面的氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)和氮化鎢(WN)。
在本發明的另一個實施例中，如圖2中所示，第一介質層11、第二介質層15和第三介質層19中任何一個的電極對接面22可以被平面化以形成大體上平坦的表面。可用平面化處理諸如化學機械拋光(CMP)來使介質層平面化。平面化產生在其上面澱積電極的光滑和平坦的表面。
在本發明的一個實施例中，發射電極13、引出電極17和聚焦電極21具有大約50納米到大約200納米的厚度。
在本發明的另一個實施例中，如圖10中所示，第二介質層15具有基本上等於複合發射體1在尖頭5的頂點V處的高H的厚度。
在本發明的一個實施例中，如圖10中所示，空腔23在聚焦電極21處具有基本上等於複合發射體1在尖頭5的頂點V處的高H的直徑W。
第二介質層15的厚度和空腔23的直徑W將由關於裝置10的專用參數來確定，並且可以通過用於製造裝置10的光刻、澱積和蝕刻步驟來控制。
圖11說明陣列20的俯視平面圖。裝置10在陣列20中重複了四次(10a、10b、10c和10d)。但是，不要把圖11看成限制構成如所示的陣列中的裝置10的數量。例如，陣列20可包括但不限於裝置10的10*10陣列。陣列20包括安排在行Rn和Rn＋1中的兩個發射電極13和安排在兩列Cn和Cn＋1中的兩個引出電極17。儘管僅表示出兩行和兩列，但陣列20可包括行與列的任何組合。為了激活一個或一個以上的裝置10，可在發射電極13與引出電極17上加上適當的偏置電壓。例如，為了激活裝置10b以便從其複合發射體1中引出電子(未示出)，行Rn的發射電極13可連接到相對於列Cn＋1中的引出電極17的較低的電壓，以產生將從尖頭5的頂點V引出電子至量子隧道中的分離電場。例如，可把行Rn的發射電極13連接到電源的地端(未示出)而把在列Cn＋1中的引出電極17連接到電源的正端(未示出)。聚焦電極可連接到地端或某個其他負電壓源。在圖11中，通過聚焦電極21上的空腔23，可以看到複合發射體1和發射電極13的一部分。圖11中還說明了複合發射體1與空腔23之間的對稱性。
另外，圖11說明用於實現電極13、17和21的各種金屬層之間的關係。例如，發射電極13可用金屬一層ml來實現，引出電極17可用金屬二層m2來實現，而聚焦電極21可用金屬三層m3來實現。金屬層的數量由用於製造裝置10的半導體工藝及該工藝所用的布局設計規則來確定。
另外，裝置10a、10b、10c和10d可具有他們各自的分別連接到有源開關元件(未示出)如場效應管(FET)的電極，這使陣列20中的裝置可以通過使用數字邏輯門來控制他們各自的FET的門節點以轉換成「接通」(發射電子)或「斷開」(無電子發射)。FET可為例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
例如，裝置10b可使其發射電極13直接形成於FET的漏極節點上。可把FET的門節點連接到適合於「接通」或「斷開」FET的數位訊號源上。可把FET的源節點連接到電源的地節點上。可用在FET的門節點上的適當數位訊號來「接通」或「斷開」裝置10b。當裝置10b接通時，發射電極13基本上處在地電位。通過對引出電極17加上相對發射電極13的正電壓偏置可以啟動從裝置10b的發射體1的電子發射，使得電子機械地穿過量子隧道從發射體1的尖頭5中出來。可把FET的漏極節點用例如鎢插頭連接到發射電極。相反地，電極13可直接地形成於FET的源極節點上而且可把FET的漏極節點連接到電源的地節點。
儘管已經公開和說明了本發明的幾個實施例，但是本發明並不限於這樣描述和說明的各部分的特定形式或安排。本發明僅由權利要求書限定。
權利要求
1.一種自對準電子源裝置10，它包括第一介質層11；形成於所述第一介質層11上的發射電極13；包括形成於所述發射電極13上的基座3和形成於所述基座3上並且在頂點V處終止的基本上錐形的尖頭5的複合發射體1；形成於所述發射電極13上的第二介質層15；形成於所述第二介質層15上的引出電極17；形成於所述引出電極17上的第三介質層19；以及形成於所述第三介質層19上的聚焦電極21，所述聚焦與引出電極(21，17)和所述第二與第三介質層(15，19)包括從所述聚焦電極21穿出並且在所述發射電極13終止的空腔23，所述空腔23對稱地圍繞所述複合發射體1並且與所述尖頭5的頂點V同軸地對準使得所述空腔23與所述複合發射體1基本上互為基準地自對準。
2.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述尖頭5是由耐熔金屬製成的並且所述耐熔金屬包括從由鉬、鈮、鉿、鋯、鉭、鎢和釩組成的組中選擇的材料。
3.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述尖頭5是由金屬合金製成的並且所述金屬合金包括從由鈦、鉬、鈮、鉿、鋯、釩、鎢、鉻和鉭組成的組中選擇的任何兩種不同材料的組合。
4.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述尖頭5是由可電鑄成形的金屬製成的且所述頂點V形成原子級尖銳的尖端，並且所述可電鑄成形的金屬包括從由錫、錫合金、銦、銦合金、鎂和鎂合金組成的組中選擇的材料。
5.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述尖頭5是由導電的碳化物製成的並且所述導電碳化物包括從由碳化矽、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉿、碳化鋯和碳化鉬組成的組中選擇的材料。
6.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述尖頭5是由導電的氮化物製成的並且所述導電氮化物包括從由氮化矽、氮化鈦、氮化鎢、氮化鉭、氮化鉿、氮化鈮、氮化鋯和氮化鉬組成的組中選擇的材料。
7.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的所述基座3是從由鈦、鉻、鈮和摻雜矽組成的組中所選的材料。
8.權利要求1的裝置，其特徵在於所述介質層(11，15，19)中任何一個是由從由氧化矽、氮化矽、碳化矽、在碳化矽之上的氧化矽和在氮化矽之上的氧化矽組成的組中選擇的材料製成的。
9.權利要求1的裝置，其特徵在於所述電極(13，17，21)中任何一個是由從由鋁、鎢、金、鉑、銅、鉻、鈦、鉭、鋁鉭、氮化鈦、氮化鎢、氮化鉭、氮化鎢、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢和碳化鋁組成的組中選擇的導電材料製成的。
10.權利要求1的裝置，其特徵在於所述電極(13，17，21)中任何一個是由包括形成於粘附層(13a，17a，21a)之上的細粒非晶層(13b，17b，21b)的導電複合材料製成的，所述細粒非晶層(13b，17b，21b)是從由氮化鈦、氮化鉭和氮化鎢組成的組中選擇的材料，以及所述粘附層(13a，17a，21a)是從由鈦、鋁、鉭、鎢和鉻組成的組中選擇的材料。
11.權利要求1的裝置，其特徵在於所述發射電極13是由包括重摻雜半導體的導電材料製成的。
12權利要求1的裝置，其特徵在於所述第二和第三介質層(15，19)中任何一個包括面向空腔的部分(43，45)，後者具有可減小在面向空腔的部分(43，45)上的電荷積累的後移表面輪廓40，並且所述後移表面輪廓40包括從由斜面形和弓形組成的組中選擇的形狀。
13.權利要求12的裝置，其特徵在於所述第二和第三介質層(15，19)中任何一個包括介質與機械強度增強層(15a，19a)和形成於所述介質與機械強度增強層(15a，19a)之上的氧化矽的後移介質層(15b，19b)，所述後移介質層(15b，19b)包括後移表面輪廓40，以及所述介質與機械強度增強層(15a，19a)是用從由氮化矽和碳化矽組成的組中選擇的材料製成的。
14.權利要求1的裝置，其特徵在於所述空腔23的至少一部分具有在向著聚焦電極21的方向上的反斜面41。
15.權利要求1的裝置，其特徵在於所述複合發射體1的尖頭5是由矽合金製成的。
16.權利要求15的裝置，其特徵在於所述矽合金是矽與從由鈦、鉬、鈮、鉿、鋯、釩、鎢、鉻和鉭組成的組中選擇的材料的組合物。
17.權利要求1的裝置，其特徵在於所述發射電極13是直接形成於從由漏極節點和源極節點組成的組中選擇的場效應電晶體的節點上的。
全文摘要
包括用於電子發射裝置的新結構和新材料的自對準電子源裝置10可用於高級存儲系統。裝置10包括由介質層(11,15,19)分開的發射電極13、引出電極17和聚焦電極21。通過單個光刻步驟和蝕刻處理形成貫穿各電極和介質層並且在發射電極13終止的單個空腔23。在空腔23中形成包括設置在發射電極13上的基座3和設置在基座3上並且在頂點V處終止的錐形尖頭5的複合發射體1。基座3可由包括鈦、鉻或摻雜矽的材料製成。尖頭5可由包括耐熔金屬、金屬合金、矽合金、碳化物、氮化物或可電鑄成形金屬的各種材料製成。空腔23與複合發射體1互為基準地自對準。介質層可後移蝕刻以減小或消除在介質層的面向空腔的部分(43,45)上的電荷積累。
文檔編號H01J3/00GK1334582SQ0112305
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月17日 優先權日2000年7月17日
發明者S·T·拉姆, H·比雷基, H·P·郭, S·L·納貝爾惠斯 申請人:惠普公司