專利名稱：一種新型平面薄膜冷陰極器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空微電子和半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)平面薄膜冷陰極器件的改進(jìn)。
現(xiàn)有的平面薄膜冷陰極器件，如圖1所示它包括控制柵極1，絕緣層2、發(fā)射層3、襯底4、接觸背電極5，首先在襯底上形成一層發(fā)射層，在發(fā)射層上制備絕緣層，然后在絕緣層上濺射一層控制柵極金屬，如W、Cr、Mo、Au等金屬。通過光刻、腐蝕等方法開出控制柵極小孔，將孔下層的絕緣層去除，暴露出發(fā)射層材料。這樣就形成了帶控制柵極的平面薄膜冷陰極器件。
器件的工作過程是當(dāng)控制柵極上加上電壓時(shí)，發(fā)射層薄膜表面上形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下發(fā)射電子。缺點(diǎn)是控制柵極上所加的電壓比較高，一般在60伏以上。一般半導(dǎo)體集成電路工作電壓低于25伏，難以直接控制電子發(fā)射，需外加接口電路。使得器件復(fù)雜、造價(jià)高、可靠性降低。
本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)利用控制柵極帶來的工作電壓高、不易控制電子發(fā)射、可靠性低的問題，本實(shí)用新型能在襯底上直接形成低壓控制電子發(fā)射的控制層來控制電子通道，從而提供一種新型的平面薄膜冷陰極器件。
本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容包括控制柵極、絕緣層、發(fā)射層、可控制襯底，本發(fā)明的特點(diǎn)是在發(fā)射層的下面采用可控制襯底結(jié)構(gòu)，可控制襯底包括在發(fā)射層的下面依次采用金屬上電極、絕緣層、基底、接觸背電極的結(jié)構(gòu)。
可控制襯底還包括在發(fā)射層的下面依次采用金屬上電極、PN結(jié)型半導(dǎo)體層、接觸背電極的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)工作過程當(dāng)控制柵極上加上一定電壓時(shí)，發(fā)射層在電場(chǎng)作用下發(fā)射電子，在可控制襯底的金屬上電極和接觸背電極之間加上較低的電壓，利用金屬上電極和接觸背電極之間所加電壓大小和方向達(dá)到控制電子發(fā)射及發(fā)射電流大小的目的。
本實(shí)用新型的積極效果已有器件上所需要的電壓比較高，不易控制電子發(fā)射，它需要外加電壓轉(zhuǎn)換接口電路，使得器件復(fù)雜、造價(jià)高、可靠性降低。本發(fā)明利用襯底上直接形成的控制層來控制電子通道以達(dá)到低壓控制電子發(fā)射，利用襯底的工作特性來控制電子的通與斷來達(dá)到控制電子發(fā)射及發(fā)射電流大小的目的，將控制電壓降低到幾伏至25伏，以便于與其它半導(dǎo)體器件直接控制發(fā)射電流大小，而且很容易制備成矩陣結(jié)構(gòu)，使得器件的應(yīng)用成本低、可靠性提高、應(yīng)用更方便、更廣泛，主要適用于真空微電子器件和平板顯示技術(shù)。


圖1是已有陰極結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型一種陰極工藝結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型另一種陰極工藝結(jié)構(gòu)示意圖本實(shí)用新型圖2所示控制柵極1采用金屬如鉬、釹、鉭、金、鉑等材料制成。絕緣層2采用二氧化硅材料制成；發(fā)射層3采用低電子逸出功材料如金剛石膜、類金剛石膜、非晶金剛石膜、氮化鋁、氮化硼、碳納米管等材料制成?？煽刂埔r底的金屬上電極4可采用金、鉑等材料制成。絕緣層7可采用二氧化硅、氧化多孔硅、氮化硅、氧化鋁等材料制成，基底6可采用鋁、金、鉬、鈦等金屬材料和硅等半導(dǎo)體材料制成，接觸背電極5可采用鋁、金、銅、鈦、金、鉑、銀等金屬材料制成。
本實(shí)用新型圖3所示控制柵極1采用金屬材料如鉬、釹、鉭、金、鉑等材料制成。絕緣層2采用二氧化硅材料制成；發(fā)射層3采用低電子逸出功材料如金剛石膜、氮化鋁、氮化硼、碳納米管等材料制成。可控制襯底的金屬上電極4可采用金、鉑、鉬、鈦等材料制成。接觸背電極5采用鋁、金、銅、鈦、金、鉑、銀等金屬材料制成。PN結(jié)型半導(dǎo)體層8采用硅材料制成。
權(quán)利要求1.一種新型平面薄膜冷陰極器件，它包括控制柵極1、絕緣層2、發(fā)射層3、接觸背電極5，其特征在于還包括在發(fā)射層3的下面采用可控制襯底結(jié)構(gòu)，可控制襯底包括在發(fā)射層3的下面依次采用金屬上電極4、接觸背電極5、基底6、絕緣層7的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于可控制襯底還包括在發(fā)射層的下面依次采用金屬上電極4、PN結(jié)型半導(dǎo)體層8、接觸背電極5的結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于真空微電子和半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種對(duì)平面薄膜冷陰極器件的改進(jìn)。包括控制柵極、絕緣層、發(fā)射層、可控制襯底,本實(shí)用新型利用襯底上直接形成的控制層來控制電子通道以達(dá)到低壓控制電子發(fā)射,利用襯底的工作特性來控制電子的通與斷來達(dá)到控制電子發(fā)射及發(fā)射電流大小的目的,將控制電壓降低到幾伏至25伏,以便于與其它半導(dǎo)體器件直接控制發(fā)射電流大小,而且很容易制備成矩陣結(jié)構(gòu),使得器件的造價(jià)低、可靠性提高、應(yīng)用更方便、更廣泛,主要適用于真空微電子器件和平板顯示技術(shù)。
文檔編號(hào)H01J1/30GK2454895SQ00253239
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期2000年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月28日
發(fā)明者王惟彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所