УСТРОЙСТВО С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ, ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО С МНОЖЕСТВОМ УСТРОЙСТВ С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ Российский патент 1998 года по МПК H01J1/30 H01J9/02 H01J31/12 

Изобретение в общем случае относится к устройствам с автоэлектронной эмиссией с холодным катодом.

Известны устройства с автоэлектронной эмиссией с холодным катодом. Как правило, в состав таких устройств входит по меньшей мере два электрода (это катод(эмиттер) и анод(коллектор), либо три электрода (предыдущие два электрода и затвор).

Подобные устройства предлагалось выполнить с использованием самой различной архитектуры. Известны устройства, у которых различные электроды в основном планарны друг с другом, а также устройства с непланарными электродами. Однако вне зависимости от конфигурации известным устройствам с автоэлектронной эмиссией (E) присуща неравномерная эмиссия электронов с различных эмиттерных вершин. Этот недостаток особенно заметен при использовании матричного устройства с множеством эмиттерных вершин. Одной из причин возникновения этой проблемы является возможность значительного отклонения геометрии отдельных эмиттерных вершин от заданной нормы. Из-за этого некоторые эмиттерные вершины могут стать основным источником суммарного эмиттерного тока, что в ряде случаев может привести к их разрушению вследствие излишне сильной эмиссии.

Известно устройство с автоэлектронной эмиссией по Европейскому патенту EP 0316214A1, под названием "Источник электронов", включающее в себя микроточечный эмиттер, сетку, анод, резистивный слой, расположенный между микроточечным эмиттером и проводящим слоем. Данное устройство взято в качестве наиболее близкого аналога. Недостатком известного устройства является, в частности, ограниченная технологией изготовления толщина резистивного слоя, что не позволяет удовлетворительно решить проблему коротких замыканий, возникающих между сеткой и микроточечными эмиттерами.

Таким образом, существует необходимость в создании простого в изготовлении и недорогого в исполнении устройства, обеспечивающего надежное разрешение выше указанной проблемы.

Таким решением по сути является создание предлагаемого устройства с автоэлектронной эмиссией с холодным катодом. В соответствии с данным изобретением в такое устройство интегрально встраивается электрический балластный резистор соединенный с эмиттером. Благодаря тому, что такой резистивный элемент включается последовательно с каждой эмиттерной вершиной, на вершине наблюдается пропорциональное увеличение напряжения с увеличением тока, эмиттируемого данной вершиной. Увеличение напряжения на вершине существенно уменьшит потенциал между затвором и эмиттером и в результате ослабит электрическое поле у поверхности эмиттера. Благодаря этому процессу обеспечивается равновесная функция токоограничения, являющаяся независимой для каждой вершины в матрице из подобных устройств.

В соответствии с одним из вариантов реализации баластный резистор образуется в полупроводниковой подложке за счет селективной диффузии примеси, где может содержаться фосфорный материал.

Изобретение может применяться при интегральном изготовлении устройств как по планарной, так и непланарной геометрии.

На фиг. 1 изображена схема, используемая при описании устройства с автоэлектронной эмиссией, выполненного в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2а-2с - виды сбоку в разрезе, используемые при описании различных этапов производства непланарного устройства с автоэлектронной эмиссией в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 3 - вид сверху участка планарного устройства с автоэлектронной эмиссией, выполненного в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 4 - вид сбоку в разрезе другого варианта осуществления непланарного устройства с автоэлектронной эмиссией, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1 изображена схема устройства с автоэлектронной эмиссией, выполненного в соответствии с настоящим изобретением и указанного под номером 100. Устройство состоит из интегральной структуры, содержащей эмиттер (101), затвор (102), анод (103) и балластный резистор (104), соединенный с эмиттером.

Рассмотрим этапы производства непланарного устройства с автоэлектронной эмиссией, изображенные на рис. 2а-2с. Вначале предусматривается подходящая начальная подложка, например кремниевая подложка (201) (рис. 2а). Пользуясь хорошо известной специалистам методологией производства полупроводниковых приборов, в выбранные участки подложки (201) по методу диффузии помещают фосфорный материал (202) (рис. 2в) либо иное подходящее легирующее вещество. Введение фосфорного материала посредством селективной диффузии примеси позволяет получить в устройстве с автоэлектронной эмиссией интегрально встроенный балластный резистор.

Кроме того, из фиг. 2в также показана начальная эмиттерная полосковая металлизация (203). В других вариантах осуществления эмиттерную полоску можно выполнить посредством селективной диффузии подходящих легирующих материалов непосредственно в подложечный слой.

Далее проводятся различные производственные этапы, приводящие к получению готового непланарного устройства с автоэлектронной эмиссией, они хорошо известны, и поэтому не нуждаются в подробном описании. На фиг. 2с изображена матрица из готовых непланарных устройств с автоэлектронной эмиссией, при этом каждое устройство состоит по меньшей мере из трех электродов, среди которых эмиттер (204), затвор (206) и анод (207). Связь эмиттера (204) каждого из имеющихся в матрице устройств с автоэлектронной эмиссией с эмиттерной полоской (203) осуществляется через балластный резистор (202), обладающий требуемым импедансом.

Благодаря такому построению можно в основном скомпенсировать неоднородности у эмиттерных вершин за счет того, что последовательно с каждым эмиттером (204) включается балластный резистор (202).

На фиг. 3 изображено планарное устройство с автоэлектронной эмиссией, выполненное в соответствии с данным изобретением. Здесь также предусматривается кремниевая подложка (201), выполняющая роль несущей конструкции для всего устройства, и в различные участки подложки (201) путем селективной диффузии подходящего легирующего материала типа фосфора вводится примесь для получения балластных резисторов (303). Далее следует процесс металлизации для осаждения эмиттерной полоски (301) и множества отдельных эмиттерных контактных площадок (302), которые в готовом устройстве выполняют роль проводящих оснований для эмиттеров.

Благодаря такой конструкции можно в основном скомпенсировать вариации в характеристиках, вызванные различиями в эмиттерных вершинах, что обеспечивается действием балластных резисторов (303), выполненных интегральными в самой структуре устройства с автоэлектронной эмиссией.

На фиг. 4 изображен другой вариант осуществления непланарного устройства с автоэлектронной эмиссией. Его архитектура также предусматривает наличие несущей подложки (201) и по меньшей мере одного эмиттера (403), связанного с эмиттерной полоской (401), затвор (404) и анод (406). В данном случае балластный резистор не входит в состав интегрального участка подложки (201). Вместо этого у устройства применяется инверсная геометрия, когда эмиттер (403) опирается на последующий осажденный слой, тогда внутри этого слоя можно сформировать балластный резистор (402), обеспечивающий резистивную последовательную связь между эмиттером (403) и эмиттерной полоской (401). В результате получается интегральный стабилизированный эмиттер (402), действие которого было изложено выше.

Предлагается устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее балластный резистор, интегрально образованный в нем и связанный с эмиттером. Техническим результатом является обеспечение компенсации производственных и эксплуатационных вариаций автоэлектронной эмиссии эмиттера. 3 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство с автоэлектронной эмиссией, содержащее анод, затвор, эмиттер, эмиттерную полоску, подключенную к источнику питания, и электрический балластный резистор, причем эмиттер связан с эмиттерной полоской через балластный резистор, отличающееся тем, что балластный резистор и эмиттерная полоска выполнена в виде части полупроводниковой подложки селективной диффузией легирующего материала. 2. Электронное устройство с множеством устройств с автоэлектронной эмиссией, содержащее подложку, являющуюся несущей конструкцией всего устройства, эмиттерную полоску, балластные резисторы и эмиттеры, отличающееся тем, что балластные резисторы выполнены в кремниевой подложке в виде различных легированных участков, при этом предусмотрено множество отдельных эмиттерных контактных площадок, выполняющих роль проводящих оснований для эмиттеров. 3. Способ формирования устройства с автоэлектронной эмиссией, содержащего балластный резистор, связанный с эмиттером, отличающийся тем, что формируют балластный резистор селективной диффузией примесей в часть полупроводниковой подложки, формируют эмиттерную полоску селективной диффузией легирующих материалов в подложечный слой.