專利名稱：彈道電子產(chǎn)生方法和彈道電子固體半導(dǎo)體元件以及發(fā)光元件和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈道電子固體半導(dǎo)體元件。說得更詳細(xì)點(diǎn)，本發(fā)明涉及在高電場下實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的漂移長度顯著地變大的彈道傳導(dǎo)，把所產(chǎn)生的彈道電子用做激勵(lì)源的彈道電子固體半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
人們知道，當(dāng)把半導(dǎo)體的尺寸縮小到比半導(dǎo)體中的電子的平均自由程還小的尺寸區(qū)域時(shí)，電子就會(huì)不受散射地渡越，象真空中的電子那樣地行動(dòng)。該傳導(dǎo)電子被叫做彈道電子，與以漂移和擴(kuò)散為基礎(chǔ)的通常的傳導(dǎo)電子不同，即便是在固體中也可以無散射無損耗地進(jìn)行渡越。
人們認(rèn)為如果可以以高的控制性得到該彈道電子則半導(dǎo)體元件技術(shù)就可以進(jìn)行很大地革新，所以迄今為止人們一直在進(jìn)行著與種種的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中的彈道電子的特性有關(guān)的研究。但是，這些研究中的大多數(shù)，僅僅停留在在特定的單一結(jié)構(gòu)或極低溫這樣的極其受限制的條件下的物理性的觀測，尚未與工業(yè)性的元件的開發(fā)連結(jié)起來。要想實(shí)用地產(chǎn)生彈道電子，與材料構(gòu)成和材料加工技術(shù)這兩個(gè)方面有關(guān)的研究是不可可或缺的，但是，從這樣的觀點(diǎn)來看，現(xiàn)狀是獲得了成果的研究開發(fā)幾乎一個(gè)也沒有。
另一方面，作為在實(shí)用中廣為使用的自發(fā)光顯示裝置，可以舉出CRT(陰極射線管)和熒光顯示管。這些裝置，由于以借助于電場加速發(fā)射到真空中的電子，使相向的涂敷到屏幕上邊的熒光對激勵(lì)發(fā)光為動(dòng)作原理，故組裝進(jìn)某一容積以上的真空管在構(gòu)成上是必不可少的，這已變成為對裝置的薄型化或大型化的巨大的障礙。
此外，作為其它的自發(fā)光顯示裝置，還可以舉出使用由無機(jī)/有機(jī)材料形成的EL元件的裝置或等離子體顯示器等。
由EL元件制成的顯示裝置，由于其動(dòng)作原理是在固體中加速載流子，碰撞激勵(lì)發(fā)光中心，故在固體內(nèi)部的載流子的光子轉(zhuǎn)化中在伴隨著能量損耗的發(fā)光量子效率方面存在著制約，在元件內(nèi)部的熱產(chǎn)生是不可避免。為此，要想使顯示裝置大型化，就存在著對歸因于溫度上升而引起的元件特性的劣化的應(yīng)對和散熱處理等的技術(shù)方面的課題。
對于等離子體顯示器來說，因動(dòng)作時(shí)的能量損耗而產(chǎn)生的發(fā)光的制約也變成為一個(gè)問題，此外，由于利用的是放電，故作為應(yīng)當(dāng)克服的課題存在著難于實(shí)現(xiàn)低功率驅(qū)動(dòng)的問題。
如上所述，在自然光顯示裝置中，取決于種類而有長處也有短處，大型化、薄型平面化、低功耗化等技術(shù)方面的課題雖然不少，但是，如果能夠以高的控制性得到上述的彈道電子，就可以開辟一條解決這些技術(shù)方面的課題的道路，這正是人們期待著的。
本發(fā)明就是鑒于上述那些問題而發(fā)明的，課題在于提供可以以高的控制性產(chǎn)生彈道電子的方法、具備用于這些方法的實(shí)用性的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體元件，以及使用該元件的顯示裝置。
發(fā)明的公開本發(fā)明作為解決上述課題的發(fā)明，第1，提供彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于給半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層加上電場，使之產(chǎn)生多重隧道效應(yīng)以產(chǎn)生彈道電子或準(zhǔn)彈道電子。
此外，第2，提供上述彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層，在其內(nèi)部具有界面氧化膜。第3，提供彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層，是多孔質(zhì)層。本發(fā)明，第4，提供彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于具有在半導(dǎo)體襯底的背面上，借助于電場的施加使之產(chǎn)生多重隧道效應(yīng)以產(chǎn)生彈道電子或準(zhǔn)彈道電子的納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層。第5，提供彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層在其內(nèi)部具有界面氧化膜。第6，提供彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于納米結(jié)構(gòu)微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層，是多孔質(zhì)層。第7，提供彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于是借助于陽極氧化處理形成的多孔質(zhì)。第8，提供彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于在納米結(jié)構(gòu)微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層上邊，設(shè)置金屬薄膜電極，在半導(dǎo)體襯底的背面設(shè)置歐姆電極。
此外，本發(fā)明，第9，提供彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件，在上述彈道電子固體半導(dǎo)體元件中，這是一種在微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層與金屬薄膜電極之間，或者，在金屬薄膜電極的上邊，具有已淀積上熒光體層的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，其特征在于采用給電極加上電壓的辦法，使由微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層產(chǎn)生的彈道電子直接碰撞到熒光體層上的辦法激勵(lì)熒光體，使之發(fā)出與熒光體的種類對應(yīng)的任意的波長的可見光。
本發(fā)明，第10，提供發(fā)光顯示元件，其特征在于以把歐姆電極和金屬薄膜電極配置成段狀或點(diǎn)狀的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件為信息顯示要素。第11，提供薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于把多個(gè)該發(fā)光顯示元件排列起來，以簡單矩陣驅(qū)動(dòng)方式使之動(dòng)作。第12，提供薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于在已形成了有源元件陣列的半導(dǎo)體襯底上邊，排列多個(gè)發(fā)光顯示元件，以有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式使它們動(dòng)作。
此外，在本發(fā)明中，第13，提供薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于熒光體是發(fā)紅色光、綠色光、藍(lán)色光的1種以上的熒光體。第14，也提供薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于發(fā)光顯示元件以發(fā)每種色的光周期地排列多列，借助于電方式的控制，輸出任意顏色的圖象信息。
此外，還提供使上述彈道電子固體半導(dǎo)體元件和超LSI功能集成化的圖象信息的顯示裝置或運(yùn)算處理裝置。
附圖的簡單說明

圖1的概要圖示出了用本發(fā)明的實(shí)施例制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的構(gòu)成。各個(gè)標(biāo)號(hào)表示歐姆電極(1)，n型硅襯底(2)，PS層(3)、(4)Alq3、Au薄膜(5)。
圖2的曲線圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例的由陽極氧化處理得到的PS層產(chǎn)生工藝中的電流的控制的時(shí)間系列變化。
圖3的概略圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的與PS層中的彈道電子產(chǎn)生和由熒光體激勵(lì)形成的發(fā)光有關(guān)的能帶的變化。
圖4的曲線圖示出了在真空中制作沒有Alq3薄膜的二極管時(shí)通過Au薄膜發(fā)射出來的電子的能量分布的測定結(jié)果。
圖5的曲線圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例1中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(黑圓點(diǎn))和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(白圓點(diǎn))的實(shí)測結(jié)果。
圖6的曲線圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例1中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的發(fā)光的光譜和借助于紫外線激勵(lì)測定的Alq3的光致發(fā)光的光譜。
圖7的曲線圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例2中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果。
圖8的曲線圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例3中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果。
圖9的曲線圖示出了在本發(fā)明的實(shí)施例4中制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果。
優(yōu)選實(shí)施方案本發(fā)明具有上邊所說的那些特征，以下對其實(shí)施方案進(jìn)行說明。
在本發(fā)明中，給半導(dǎo)體的具有納米結(jié)構(gòu)的微晶層或半絕緣層加上電場，借助于多重隧道效應(yīng)在固體中產(chǎn)生無散射的彈道電子(BallisticElectron)或散射極其之少的準(zhǔn)彈道電子(Quasiballistic Electron)。
在該情況下的納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或絕緣層是采用施行濕法工藝或干法工藝的辦法形成的具有納米結(jié)構(gòu)的微晶層或半絕緣層，作為其形態(tài)，如上所述，可以考慮以在內(nèi)部具有界面氧化膜的形態(tài)，本身為多孔質(zhì)的形態(tài)等為代表例。說得更具體點(diǎn)，可以考慮使半導(dǎo)體陽極氧化而形成的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，可以以采用對具備電極的半導(dǎo)體襯底表面施行濕法工藝或干法工藝的辦法，形成微晶半導(dǎo)體層，接著采用淀積金屬薄膜電極的辦法制造的一種MIS型二極管為基本構(gòu)成。
本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，有通常的MIS型二極管不同，相當(dāng)于I層的微晶半導(dǎo)體層僅僅起著漂移層以上的作用。就是說，如上所述，在微晶半導(dǎo)體層中，在強(qiáng)電場的情況下，微晶半導(dǎo)體層內(nèi)部的電子彈道式地進(jìn)行渡越，例如，采用對硅襯底表面施行伴有結(jié)構(gòu)控制的氧化處理的辦法，多孔硅(PS)層由連結(jié)起來的硅微晶(5nm以下)構(gòu)成。當(dāng)給之加上電場時(shí)，電場的主要部分，將在界面的氧化硅被膜中而不是在硅微晶中產(chǎn)生。由于該氧化硅被膜非常薄，故在強(qiáng)電場下一個(gè)接一個(gè)地通過而幾乎不進(jìn)行散射，產(chǎn)生準(zhǔn)彈道電子。此外，采用加上強(qiáng)電場的辦法，電子無散射地完成微晶中通過的多重隧道過程，作為結(jié)果，電子的漂移長度變成為遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了硅微晶的尺寸的值，產(chǎn)生彈道電子。如果是厚度1微米的PS層，則借助于施加強(qiáng)電場，就會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生彈道電子。
作為對半導(dǎo)體襯底表面實(shí)施的濕法工藝，可以實(shí)施陽極氧化處理、刻蝕處理等。作為對半導(dǎo)體襯底表面實(shí)施的于法工藝，可以實(shí)施熱氧化處理、濺射處理、熱處理等。
本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，當(dāng)對半導(dǎo)體襯底給金屬薄膜電極一側(cè)加上正電壓時(shí)，就從硅襯底一側(cè)向微晶半導(dǎo)體層注入電子。例如若把微晶半導(dǎo)體層的電場強(qiáng)度設(shè)定為105V/cm左右，漂移長度約1微米且已彈道化的電子的動(dòng)能將達(dá)到10eV。該電子雖然處于固體中，但是卻進(jìn)行與處于真空中時(shí)同樣的渡越，所以具有‘加速能量可變性’和‘能量無損耗性’這么兩個(gè)特性，以下給出著眼于這些特性而實(shí)現(xiàn)的那些應(yīng)用。
(1)電子加速能量的可變性的利用根據(jù)借助于加上電壓就可以任意地加速電子的特性，在上述彈道電子固體半導(dǎo)體元件中，采用在微晶半導(dǎo)體層和金屬薄膜電極之間或在金屬薄膜電極上邊，具備已淀積上由熒光體構(gòu)成的熒光體層的結(jié)構(gòu)的辦法，就可以借助于給電極加上電壓使從微晶半導(dǎo)體層放射出來的彈道電子直接碰撞到熒光體上，使熒光體激勵(lì)，使之產(chǎn)生可見光。就是說，借助于施加電壓，在微晶半導(dǎo)體中已彈道化的電子，邊取得高的動(dòng)能，邊作為熱電子，以高速碰撞到微晶半導(dǎo)體層和金屬薄膜電極之間或金屬薄膜電極的上邊的熒光體，使熒光體被激勵(lì)。其結(jié)果是使得可以發(fā)出與熒光體的種類對應(yīng)的任意的波長的可見光線。這時(shí)，采用對施加電壓進(jìn)行控制的辦法，就可以控制發(fā)光量，實(shí)現(xiàn)不需要真空的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件。對熒光體來說，采用使用低電壓用的陰極發(fā)光材料的辦法，即便是10eV那種程度的動(dòng)能的彈道電子也可以得到實(shí)用性的發(fā)光量。
(2)能量無損耗的利用在彈道傳達(dá)模式中，電子在固體中無散射地渡越。就是說，不產(chǎn)生伴隨著電子傳導(dǎo)的熱，雖然是固體，但是卻可以實(shí)現(xiàn)元件的動(dòng)作空間和散熱空間分離開來的真空管那樣的狀況。此外，在通常的半導(dǎo)體中，在達(dá)到了由電子的加速和光子散射之間的平衡決定的飽和漂移速度之后，即便是加大施加電場，電子也不會(huì)加速到飽和漂移速度以上，所以半導(dǎo)體元件的動(dòng)作頻率存在著一個(gè)極限。與此相對，對彈道電子來說，不存在飽和漂移速度的限制。因此，采用應(yīng)用作為本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件的辦法，就可以用固體系實(shí)現(xiàn)超高速驅(qū)動(dòng)而且低損耗的電子元件。
在作為本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件中，作為半導(dǎo)體襯底的材料，只要是可以使用上述濕法工藝/干法工藝的半導(dǎo)體，什么材料都可以，例如，單晶硅、多晶硅、化合物半導(dǎo)體等都可以利用。具體地說，相當(dāng)于鍺(Ge)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、硒化鎘(CdSe)等，IV族、III-V族、II-VI族等的單體和化合物半導(dǎo)體等多種材料。另外，硅氧化層等在強(qiáng)電場下可以實(shí)現(xiàn)彈道傳導(dǎo)的材料均可使用。
作為熒光體，與有機(jī)、無機(jī)無關(guān)，可以利用所有的熒光體。具體地說，可以利用低電壓陰極發(fā)光材料(ZnO∶Zn等)。
在本申請發(fā)明中，如上所述，在彈道電子固體半導(dǎo)體元件中，采用在微晶半導(dǎo)體層和金屬薄膜電極之間，或金屬薄膜電極的上邊，具備淀積上了由熒光體層的結(jié)構(gòu)的辦法，就可以使之具有作為發(fā)光顯示元件的功能。這時(shí)，半導(dǎo)體襯底所具備的歐姆電極和金屬薄膜電極，理想的是被形成為段狀或點(diǎn)狀。
此外，采用把多個(gè)該發(fā)光顯示元件排列起來以簡單矩陣驅(qū)動(dòng)方式使之動(dòng)作，或在已形成了有源元件陣列的半導(dǎo)體襯底上邊把多個(gè)該發(fā)光顯示元件排列起來，以有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式使之動(dòng)作的辦法，實(shí)現(xiàn)高性能的薄型發(fā)光顯示裝置。
作為該薄型發(fā)光顯示裝置的熒光體，還采用使用發(fā)紅色光、發(fā)綠色光、或發(fā)藍(lán)色光的熒光體，并周期性地把該3色排列多個(gè)的辦法。實(shí)現(xiàn)輸出任意色的圖象信息的薄型平面顯示裝置。
此外，還采用使本發(fā)明的彈道電子固體半導(dǎo)體元件和超LSI功能集成化的辦法，實(shí)現(xiàn)圖象信息的顯示裝置或運(yùn)算處理裝置。
此外，上述的彈道電子傳導(dǎo)現(xiàn)象，基本上是以來自n型硅襯底的電子注入為基礎(chǔ)的現(xiàn)象，但是，在p型襯底中，也可以借助于電場效應(yīng)或來自外部的光照射等，在漂移層中產(chǎn)生電子，這些電子也可以作為彈道電子對元件的動(dòng)作作出貢獻(xiàn)。就是說，本發(fā)明的的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，也可以用做光檢測元件，此外，還可以借助于外部光調(diào)制或啟動(dòng)彈道電子產(chǎn)生，所以還可以實(shí)現(xiàn)新的光電子動(dòng)作模式。
本發(fā)明具有以上的特征，以下，給出實(shí)施例，進(jìn)一步具體地進(jìn)行說明。
實(shí)施例[實(shí)施例1]制作本發(fā)明的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件，并對基本特性進(jìn)行研究。
所制作的彈道電子激勵(lì)固體半導(dǎo)體元件，如圖1所示，對在背面上設(shè)置有歐姆電極(1)的面方位(111)的n型硅襯底(2)(電阻率0.018Ωcm)的表面，在50wt％HF水溶液和乙醇的混合液(混合比1∶1)中，在以500W的鎢燈泡為光源的光照射之下，施行陽極氧化處理，形成PS層(3)。這時(shí)，如圖2所示，在158秒期間內(nèi)使陽極氧化電流緩慢增加，在其途中進(jìn)行2次每次4秒使陽極氧化電流降低到2.5mA/cm2的操作。最終，陽極氧化電流達(dá)到100mA/cm2。
PS層(3)的厚度為10微米左右，PS層(3)內(nèi)部，是低多孔度的致密且約8nm的厚度的硅層周期性地排列起來的結(jié)構(gòu)。該致密層形成等電位面，且具有矯正層內(nèi)部的電場分布的作用，同時(shí)還起著使可以在層內(nèi)部發(fā)生的焦耳熱散開的散熱片的作用，扮演使二極管電流穩(wěn)定化的腳色。
向所生成的PS層(3)的背面上真空蒸鍍作為有機(jī)熒光體的Alq3(4)。然后，向其上邊，真空蒸鍍厚度12nm、直徑6mm的圓形Au薄膜(5)。采用把該Au薄膜(5)當(dāng)作表面一側(cè)的電極的辦法，就可以在與背面的歐姆電極(1)之間形成二極管。
給該二極管的Au薄膜(5)的電極一側(cè)加上正電壓VPS，從n型硅襯底(2)向PS層(3)注入電子。所注入的電子，借助于上述多重隧道效應(yīng)轉(zhuǎn)變成彈道電子，如圖3所示，借助于碰撞激勵(lì)，在Alq3層內(nèi)產(chǎn)生空穴。其結(jié)果是通過電子-空穴的復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光。
在這里，圖4示出了在使沒有Alq3薄膜的二極管在真空中動(dòng)作時(shí)，通過Au薄膜放射出來的電子的能量分布的測定結(jié)果。根據(jù)圖4可知，電子已被彈道化而在PS層內(nèi)部電子的渡越中幾乎沒有發(fā)生由散射引起的損耗。
圖5示出了所制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(黑圓點(diǎn))和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(白圓點(diǎn))的實(shí)測結(jié)果。施加電壓約15V(二極管電流約0.05A/cm2)且產(chǎn)生了均勻的綠色發(fā)光，可知采用加大電壓的辦法，發(fā)光強(qiáng)度將急劇地增大。
為了確認(rèn)從Alq3發(fā)出了光，在圖6中用實(shí)線示出了對發(fā)光的光譜進(jìn)行測定的結(jié)果。得到了與在圖6中用虛線表示的紫外線激勵(lì)的辦法，另外測定的Alq3的光致發(fā)光的光譜幾乎一致的曲線。由此可以確認(rèn)發(fā)光是來自Alq3的發(fā)光。此外，還得知總可以得到Alq3固有的發(fā)光光譜而與施加電壓和電流無關(guān)。
此外，借助于使用在PS層內(nèi)部不發(fā)生彈道電子的結(jié)構(gòu)的二極管的比較實(shí)驗(yàn)，在PS層內(nèi)部不發(fā)生彈道電子的結(jié)構(gòu)的二極管中，由于不論施加電壓多么大也不會(huì)出現(xiàn)發(fā)光，故可以認(rèn)為在所制作的薄型發(fā)光顯示元件的PS層中產(chǎn)生的彈道電子的表面的熒光體已經(jīng)激勵(lì)，并放射出該熒光體的固有波長。
制作本發(fā)明的另外的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件，并對基本特性進(jìn)行研究。
在本實(shí)施例2中，把圖1所示的構(gòu)成中的n型硅襯底(2)變成為p型硅襯底。具體地說，對在背面上設(shè)置有歐姆電極(1)的面方位(100)的p型硅襯底(電阻率約0.02Ωcm)的表面，在HF水溶液(55wt％)∶C2H5OH＝1∶1的混合液中，在暗室狀態(tài)下，施行陽極氧化處理，且在900℃下，施行15分鐘的急速熱氧化處理，形成PS層(3)。在陽極氧化處理中，交互地進(jìn)行3個(gè)循環(huán)的陽極氧化電流5mA/cm2和陽極氧化時(shí)間6秒，陽極氧化電流100mA/cm2和陽極氧化時(shí)間15秒的處理。
向所生成的PS層(3)的背面上真空蒸鍍作為有機(jī)熒光體的Alq3(4)。然后，向其上邊，真空蒸鍍作為半透明電極的的Au薄膜(5)。PS層(3)、Alq3(4)和Au薄膜(5)的厚度，分別為約8微米、約100nm和約10nm。
圖7示出了所制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果，可以觀察到與實(shí)施例1同樣地均一的發(fā)光。
制作本發(fā)明的再一種彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件，并對基本特性進(jìn)行研究。
在實(shí)施例3中，使圖1所示的構(gòu)成中的PS膜(3)變成為納米結(jié)晶化的多晶硅膜。具體地說，首先，對在背面上設(shè)置有歐姆電極(1)的面方位(100)的n型硅襯底(電阻率0.005到0.0018Ωcm)的表面上，形成n+型多晶硅膜(厚度5微米)。然后，一直到n+型多晶硅膜的大約一半左右的深度為止，在HF水溶液(55wt％)∶C2H5OH＝1∶1的混合液中，在鎢燈的照射下，施行陽極氧化處理，且在1N H2SO4溶液中，在暗室狀態(tài)下，施行電化學(xué)氧化處理，形成多孔質(zhì)多晶硅(PPS)膜。在陽極氧化處理中，交互地進(jìn)行3個(gè)循環(huán)的陽極氧化電流5mA/cm2和陽極氧化時(shí)間6秒，陽極氧化電流100mA/cm2和陽極氧化時(shí)間15秒的處理。在電化學(xué)氧化處理中，氧化電流定為3mA/cm2，氧化時(shí)間定為200秒。
向所生成的PS層(3)的背面上真空蒸鍍作為有機(jī)熒光體的Alq3(4)。然后，向其上邊，真空蒸鍍作為半透明電極的的Au薄膜(5)。PSS膜、Alq3(4)和Au薄膜(5)的厚度，分別為約2.5微米、約120nm和約10nm。
圖8示出了所制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果，可以觀察到與上述各個(gè)實(shí)施例同樣地均一的發(fā)光。
制作本發(fā)明的再一種彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件，并對基本特性進(jìn)行研究。
在實(shí)施例4中，使圖1所示的構(gòu)成中的作為熒光體的Alq3(4)變?yōu)閆nS∶Mn的無機(jī)材料薄膜。具體地說，與實(shí)施例1同樣，首先，對在背面上設(shè)置有歐姆電極(1)的面方位(100)的n型硅襯底(電阻率0.005到0.0018Ωcm)的表面上，在HF水溶液(55wt％)∶C2H5OH＝1∶1的混合液中，在鎢燈的照射下，施行陽極氧化處理，形成PS層(3)。這時(shí)，如圖2所示，在合計(jì)約3分鐘間內(nèi)，使陽極氧化電流緩緩地向0～100mA/cm2增加，在增加途中進(jìn)行2次(每次4秒)使陽極氧化電流降低到2.5mA/cm2。
向所產(chǎn)生的PS層(3)的表面上真空蒸鍍作為無機(jī)熒光體的ZnS∶Mn，然后，向其上邊，真空蒸鍍作為半透明電極的的Au薄膜(5)。PS層(3)、ZnS∶Mn薄膜和Au薄膜(5)的厚度，分別為約10微米、約140nm和約10nm。
圖9示出了所制作的彈道電子激勵(lì)固體發(fā)光元件的電流-電壓特性(實(shí)線)和發(fā)光強(qiáng)度-電壓特性(虛線)的實(shí)測結(jié)果，可以觀察到與上述各個(gè)實(shí)施例同樣地均一的發(fā)光。
工業(yè)上利用的可能性如上詳細(xì)說明可見，倘采用本發(fā)明，則可以提供具有高的控制性地產(chǎn)生彈道電子的方法，和具備實(shí)用性的材料構(gòu)成的使用本方法的半導(dǎo)體元件。本發(fā)明的彈道電子激勵(lì)固體半導(dǎo)體元件，不需要復(fù)雜的制作過程，可以開發(fā)以此作為發(fā)光元件的新的薄型平面顯示器。此外，還被認(rèn)為是會(huì)對高功能光電子元件等的新的半導(dǎo)體元件的開發(fā)作出貢獻(xiàn)的發(fā)明，由于本發(fā)明的應(yīng)用范圍非常之廣，故其實(shí)用化是可以期待的。
權(quán)利要求
1.一種彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于給半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層施加電場，使之產(chǎn)生多重隧道效應(yīng)以產(chǎn)生彈道電子或準(zhǔn)彈道電子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層，在其內(nèi)部具有界面氧化膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彈道電子產(chǎn)生方法，其特征在于半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層，是多孔質(zhì)層。
4.一種彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于具有在半導(dǎo)體襯底的表面上，借助于電場的施加使之產(chǎn)生多重隧道效應(yīng)以產(chǎn)生彈道電子或準(zhǔn)彈道電子的納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層在其內(nèi)部具有界面氧化膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層，是多孔質(zhì)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于是借助于陽極氧化處理形成的多孔質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中的任何一項(xiàng)所述的彈道電子固體半導(dǎo)體元件，其特征在于在納米結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層上邊，設(shè)置金屬薄膜電極，在半導(dǎo)體襯底的背面設(shè)置歐姆電極。
9.一種彈道電子固體發(fā)光元件，是在權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件中，在微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層與金屬薄膜電極之間，或者，在金屬薄膜電極的上邊，具備已淀積上熒光體層的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，其特征在于采用給電極加上電壓的辦法，使由微晶半導(dǎo)體層或半絕緣層產(chǎn)生的彈道電子直接碰撞到熒光體層上的辦法激勵(lì)熒光體，使之發(fā)出可見光。
10.一種發(fā)光顯示元件，其特征在于以把歐姆電極和金屬薄膜電極配置成段狀或點(diǎn)狀的權(quán)利要求9的半導(dǎo)體元件作為信息顯示要素。
11.一種薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于把權(quán)利要求10的多個(gè)發(fā)光顯示元件排列起來，以簡單矩陣驅(qū)動(dòng)方式使之動(dòng)作。
12.一種薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于在已形成了有源元件陣列的半導(dǎo)體襯底上邊，排列多個(gè)權(quán)利要求10的發(fā)光顯示元件，以有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式使它們動(dòng)作。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于熒光體是發(fā)紅色光、綠色光、藍(lán)色光的1種以上的熒光體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄型發(fā)光顯示裝置，其特征在于輸出任意顏色的圖象信息。
全文摘要
提供采用給半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)微晶層或半絕緣層加上電場，借助于多重隧道效應(yīng)使之產(chǎn)生彈道電子或準(zhǔn)彈道電子的辦法以高的控制性產(chǎn)生彈道電子的方法，和具備實(shí)用性的材料構(gòu)成的使用該方法的半導(dǎo)體元件。
文檔編號(hào)H01J1/308GK1419703SQ01807112
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者越田信義 申請人:科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán)