專利名稱：隧道效應(yīng)發(fā)射器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場致發(fā)射器件。具體而言，本發(fā)明涉及采用隧道效應(yīng)的平面場發(fā)射發(fā)射器，以及它們在電子器件中的應(yīng)用。
發(fā)明簡述一種發(fā)射器具有電子供給層以及在電子供給層上形成的一個隧道層。也可以選擇在這個電子供給層上形成一個絕緣層，其中有孔，在孔中形成隧道層。在這個隧道層上形成陰極層。導(dǎo)電層部分地沉積在陰極層上，部分地沉積在絕緣層上，如果存在絕緣層的話。導(dǎo)電層上有孔，用來提供一個表面用于進行電子和/或光子發(fā)射。最好但是可選地，這個發(fā)射器要經(jīng)歷退火處理，從而增加電子供給層向陰極層穿過去的隧道電子的數(shù)量。
附圖簡述參考以下附圖能夠更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件不一定是按比例畫出來的。相反，強調(diào)的是對本發(fā)明進行說明。除此以外，在這些附圖中相同的引用數(shù)字對應(yīng)于相似的部件。


圖1是本發(fā)明中隧道效應(yīng)發(fā)射器的一個示例性說明。
圖2是利用圖1所示隧道效應(yīng)發(fā)射器產(chǎn)生一個聚焦電子束的一個示例性說明。
圖3說明一個集成電路，它包括幾個隧道效應(yīng)發(fā)射器和一個光學透鏡，用來形成顯示器。
圖4是結(jié)合了多個隧道效應(yīng)發(fā)射器和控制電路的集成電路的一個示例性框圖。
圖5是集成電路上隧道效應(yīng)發(fā)射器的一個示例性說明，它包括一個用于將隧道效應(yīng)發(fā)射器發(fā)射的能量聚焦的透鏡。
圖6是利用包括多個隧道效應(yīng)發(fā)射器以及產(chǎn)生或者通過光子的一個陽極結(jié)構(gòu)的集成電路形成的一個示例性的顯示器。
圖7A是一個示例性的存儲器，它結(jié)合了包括多個隧道效應(yīng)發(fā)射器用來在可重寫媒介上讀寫信息的集成電路。
圖7B是結(jié)合到圖7A所示示例性存儲器中去的示例性讀取電路的一個原理圖。
圖8是一個示例性隧道效應(yīng)發(fā)射器的一個頂視圖。
圖9是圖8所示隧道效應(yīng)發(fā)射器的一個示例性剖面圖。
圖10是采用了電子裝置、顯示器或者存儲器中至少一樣的計算機的一個示例性框圖，它利用了本發(fā)明的隧道效應(yīng)發(fā)射器。
圖11A～11J說明產(chǎn)生本發(fā)明的隧道效應(yīng)發(fā)射器的第一個示例性過程中采用的示例性步驟。
圖12A～12D說明產(chǎn)生本發(fā)明的隧道效應(yīng)發(fā)射器的第二個示例性過程中采用的示例性步驟。
圖13A～13B是說明如何選擇改進本發(fā)明的隧道效應(yīng)發(fā)射器的時候采用的示例性退火工藝的一些圖。
在說明本發(fā)明的時候，發(fā)射器的各個部件并沒有按照比例畫出。相對于其它尺寸，某些尺寸被夸大了，以便清楚地了解本發(fā)明。為了進行說明，這里給出的實施方案畫成圖的時候畫成了二維的，各個區(qū)域具有深度和寬度。應(yīng)該明白，這些區(qū)域僅僅是用于說明裝置單獨一個單元的一部分，它可能包括多個這樣的單元，排列成三維結(jié)構(gòu)。因此，這些區(qū)域?qū)⒕哂腥S結(jié)構(gòu)，包括長度、寬度和實際裝置上的深度。
此外，一方面本發(fā)明是利用傳統(tǒng)的集成電路薄膜技術(shù)實現(xiàn)的。有幾種不同的技術(shù)能夠用來執(zhí)行這些處理步驟，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以進行互換。例如，材料的沉積可以采用蒸發(fā)、濺射、化學汽相沉積、分子束外延、光化學汽相沉積、低溫光化學汽相沉積和等離子體沉積這樣的幾個工藝之一來完成。此外，有幾種不同的腐蝕技術(shù)，比如濕腐蝕、干腐蝕、粒子束腐蝕、反應(yīng)離子腐蝕和等離子體腐蝕，比如桶狀等離子體腐蝕和平面等離子體腐蝕。實際上如何選擇這些技術(shù)取決于使用什么樣的材料以及成本因素。
圖1是發(fā)射器裝置50的一個示例性示意圖，它是一個平面發(fā)射器，用于電子和光子發(fā)射，包括一個電子源10。在電子源10上有一個隧道效應(yīng)層20。這個隧道效應(yīng)層20最好是利用金屬族電介質(zhì)或者硅基電介質(zhì)形成。示例性的金屬族電介質(zhì)包括氮化鎢硅(WSiN)或者氧化鉭(TaO)，氧化鈦(TiOx，其中x＝0.5～2.5)。還有，氮氧化鉭鋁(TaAlOxNy)，氧化鉭鋁(TaAlOx)，氮氧化鋁(AlOxNy)或者其它過渡金屬(TM)氧化物或者氮氧化物((TM)Ox或者(TM)OxNy)被看作能夠用作隧道效應(yīng)層20。金屬族電介質(zhì)隧道效應(yīng)層的厚度最好是小于500埃，厚度在大約50～大約250埃的范圍內(nèi)更好，比如100埃或者更小。硅基電介質(zhì)實例有SiNx，Si3N4(RI～2.0)，SixNy(x∶y＞3/4，RI～2.3)，和SiC。還有，F(xiàn)y-SiOx和Cy-SiOx也被看作能夠用作隧道效應(yīng)層20。硅基電介質(zhì)層的厚度最好是大約500埃，在大約250～大約5000埃之間的范圍內(nèi)更好，比如500?；蛘吒?。選中的厚度決定了隧道效應(yīng)層20必須承受的電場強度和需要的發(fā)射器發(fā)射電流。在隧道效應(yīng)層20中沉積一個陰極層14，最好是一個薄膜導(dǎo)體，比如鉑、金、鉬、銥、釕、鉭、鉻或者其它折射金屬或者它們的合金。也可以采用其它的陰極層，這在本領(lǐng)域中大家都知道。陰極層的厚度最好是30～150埃。通過觸點12在陰極層14和電子源10上施加具有一個發(fā)射器電壓Ve(大約3～20伏特)的一個電壓源24的時候，電子從基底10(電子源)到陰極層14之間直接或者間接穿過。在隧道效應(yīng)層20中有缺陷的時候，電子通過的電場被打上各種間隙，從陰極層14表面上發(fā)射的電子16比傳統(tǒng)設(shè)計的要多。另外，如果電介質(zhì)足夠薄，就會發(fā)生直接隧道效應(yīng)。還有，出現(xiàn)電子發(fā)射16的同時發(fā)生光子發(fā)射18，形成發(fā)射器50的能量發(fā)射22。
對于各種厚度，電場為 其中t厚度是隧道效應(yīng)層20的厚度。例如，對于Ve＝10V，對于500埃厚度的隧道效應(yīng)層20，電場強度等于2×106伏特/米。特定電介質(zhì)的最小厚度取決于它的電介質(zhì)強度。
最好是通過濺射沉積一層金屬族電介質(zhì)隧道效應(yīng)層20。將金屬族電介質(zhì)用作隧道效應(yīng)層，可以在電子源10和陰極層14之間施加很強的電場，獲得很高的發(fā)射率，因為金屬族電介質(zhì)能夠承受強得多的電場而不會發(fā)生電擊穿。金屬族電介質(zhì)允許發(fā)生直接隧道效應(yīng)。
最好是利用等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)沉積硅基電介質(zhì)隧道效應(yīng)層20。將硅基電介質(zhì)用作隧道效應(yīng)層，在整個材料中都能獲得缺陷區(qū)域，由于電子源10和陰極層14之間產(chǎn)生了電場，會通過各種缺陷產(chǎn)生隧道效應(yīng)。
圖2是使用圖1所示發(fā)射器50的一個示例性示意圖。在這個應(yīng)用中，用靜電聚焦裝置或者透鏡28將發(fā)射的電子16聚焦，這個透鏡利用導(dǎo)體中的一個孔，導(dǎo)體上有預(yù)定的電壓，可以調(diào)整這個電壓來改變透鏡的聚焦28效果。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會明白，這些透鏡可以用一個以上的導(dǎo)體層來制作，以獲得所需要的聚焦效果。發(fā)射出來的電子16被透鏡28聚焦成一個聚焦束32，打在陽極結(jié)構(gòu)30上。陽極結(jié)構(gòu)30設(shè)置在陽極電壓Va26上，這個幅度隨著用途以及陽極結(jié)構(gòu)30到發(fā)射器50之間的距離不同而不同。例如，對于存儲裝置中屬于記錄媒體的陽極結(jié)構(gòu)30，Va可以在500～1000伏特之間。透鏡28通過在它的孔內(nèi)形成一個電場34將發(fā)射出來的電子16聚焦。通過設(shè)置成一個適當?shù)碾妷?，從發(fā)射器50發(fā)射出來的電子到達孔的中心，然后被進一步吸引到陽極結(jié)構(gòu)30，形成聚焦束32。
圖3是具有集成電路52的顯示器40的一個示例性實施方案，這個集成電路52包括像素群陣列中形成的多個集成發(fā)射器100。這些集成發(fā)射器100發(fā)射光子18，一種可見光，用光學透鏡38聚焦成聚焦束32，可以將它看成一個圖像。這些光學透鏡38涂敷了透明導(dǎo)電材料，比如氧化銦錫，以便捕獲從發(fā)射器發(fā)射出來的電子。
圖4是集成電路52的一個示例性實施方案，這個集成電路52包括至少一個集成發(fā)射器100，但最好是包括多個集成發(fā)射器100，排列成一個陣列。發(fā)射器控制電路72被集成到集成電路52上，用于控制至少一個集成發(fā)射器100。
圖5是集成電路52的一個示例性實施方案，這個集成電路52包括一個集成發(fā)射器100和一個透鏡陣列48。這個集成電路52是在一個導(dǎo)電基底10上形成的，最好是在摻雜硅或者薄膜導(dǎo)電層這樣的導(dǎo)電材料上形成，以便提供電子源。在這個基底10上沉積厚度在50埃和大約5000埃之間的一個隧道效應(yīng)層20，最好是大約100埃，雖然大約50～大約70埃對于某些應(yīng)用和材料更加合適。在基底10上涂上不同的半導(dǎo)體薄膜材料，對它們進行腐蝕，形成集成發(fā)射器100。沉積在隧道效應(yīng)層20上面的是一個陰極層14，最好是鉑、金、鉬、銥、釕、鉭、鉻或者其它折射材料或者它們的合金形成的一個薄膜導(dǎo)電層。陰極層14形成一個陰極表面，從這個表面發(fā)射電子和光子形式的能量。用傳統(tǒng)的薄膜處理形成透鏡陣列48，包括在導(dǎo)電層中的透鏡28，與集成發(fā)射器100對齊，將能量從集成發(fā)射器100聚焦到陽極結(jié)構(gòu)76的表面上。陽極結(jié)構(gòu)76與集成電路52之間相隔一個距離74。
圖6是采用本發(fā)明的集成發(fā)射器100的顯示器應(yīng)用的另一個實施方案。在這個實施方案中，有多個發(fā)射器100，形成一個集成電路52。每個發(fā)射器100都以電子16或者光子18的形式發(fā)射能量22(見圖1)。陽極結(jié)構(gòu)，顯示器40，中的顯示像素44接收發(fā)射的能量，這些像素44由顯示子像素42構(gòu)成。顯示子像素42最好是磷光材料，被發(fā)射能量22的電子16擊中的時候產(chǎn)生光子。另外，顯示子像素42可以是一個透明的孔，允許發(fā)射能量22的光子18通過顯示器40，從而能夠直接看到光子。
圖7A說明存儲器中集成發(fā)射器100的另一個應(yīng)用。在這個示例性實施方案中，有多個集成發(fā)射器100的集成電路(IC)52具有透鏡陣列48，與集成發(fā)射器100對齊。這個透鏡陣列48用于產(chǎn)生聚焦束32，用于影響記錄表面，也就是媒體58。媒體58放在一個活動部件56上，將媒體58固定在IC52上的集成發(fā)射器100上。這個活動部件56最好是有一個讀取電路62集成在其中。
在圖7B中，讀取器62被畫成一個放大器68，它與媒體58有第一個歐姆觸點64，與活動部件56有第二個歐姆觸點66，最好是一個半導(dǎo)體或者導(dǎo)體基底。當聚焦束32照射到媒體58上的時候，如果聚焦束的電流密度足夠高，就會改變這個媒體的相，產(chǎn)生有效的媒體區(qū)域60。將低電流密度聚焦束32照射到媒體58表面的時候，放大器檢測出不同的電流大小，產(chǎn)生讀取器輸出70。這樣，通過利用來自集成發(fā)射器100的能量影響媒體，就能利用媒體的結(jié)構(gòu)相變特性將信息儲存在媒體中。一種這樣的相變材料是In2Se3。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還知道有其它的相變材料，比如硫族化物，例如GaSb、InSb、Sb2Te3、Ge2Sb2Te5！、InSbTe、GaSeTe、SnSb2Te4、InSbGe、AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)、Te81Ge15Sb2S2和GeSbTe。
圖8是本發(fā)明中集成電路100的一個示例性實施方案的一個頂視圖，它包括一個陰極層14中的一個發(fā)射器區(qū)域84。陰極層14與導(dǎo)電層82有電連接，在導(dǎo)電層82的下面，部分地在絕緣層78上面。集成發(fā)射器100最好是一個圓形，但是也可以采用其它形狀。圓形最好是因為產(chǎn)生的電場更加均勻，因為這樣的形狀沒有任何不連續(xù)邊緣，這樣的不連續(xù)邊緣會影響電場強度。
圖9是沿著9-9軸看過去集成發(fā)射器100的示例性實施方案的剖面圖。基底10，最好是一個導(dǎo)電層或者一個高度摻雜的半導(dǎo)體，為絕緣層78孔內(nèi)的隧道效應(yīng)層20提供電子，它部分地在絕緣層78表面。陰極層14，最好是薄膜導(dǎo)電層，在隧道層20上面，部分地在導(dǎo)電層82下面，因而與導(dǎo)電層有電接觸。也可以在導(dǎo)電層82之前選擇一個附著層，比如鉭，以便在導(dǎo)電層82和絕緣層78之間獲得一個鍵合界面，具體取決于為絕緣層78和導(dǎo)電層82選擇的是什么材料。
圖10是計算機90的一個示例性框圖，它包括微處理器96，存儲器98，它與微處理器96連接，以及電子裝置，存儲裝置94和顯示器92。這些電子裝置與微處理器96連接。微處理器96能夠執(zhí)行存儲器中的指令，從而在存儲器和電子裝置之間傳輸數(shù)據(jù)，比如在存儲裝置94和顯示器92之間。每個電子裝置都包括一個集成電路，它具有本發(fā)明中的發(fā)射器，最好有一個聚焦裝置，用來將發(fā)射器發(fā)射的東西聚焦。發(fā)射器有一個電子供給層，上面有一個絕緣層。絕緣層有一個孔，其中在電子供給層上形成一個隧道效應(yīng)層。在隧道效應(yīng)層上是一個陰極層。最好，但是是可以選擇的，具有發(fā)射器的集成電路已經(jīng)進行了退火處理，從而提高電子的供給量，從電子供給層穿過去到達陰極層。
圖11A～11J畫出了一個示例性的處理步驟，用于制作本發(fā)明中的發(fā)射器。在圖11A中，將電介質(zhì)或者光阻掩膜102用于基底10，最好是硅半導(dǎo)體基底，雖然基底10可能是一個導(dǎo)電薄膜層或者導(dǎo)電基底。基底10最好有一片電阻，大約是100～0.0001歐姆厘米。
在圖11B中，產(chǎn)生絕緣層78，當基底10是硅基底的時候，最好是場氧化(FOX)生長?？梢赃x擇用其它氧化物、氮化物或者單獨或者利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝沉積或者生長的其它常規(guī)電介質(zhì)形成絕緣體78。在基底10上產(chǎn)生絕緣層78，除了在掩膜102上覆蓋的區(qū)域中。掩膜102劃分出來的區(qū)域，因而絕緣層78中得到的空隙或者劃分出來的孔決定了去掉掩膜102以后形成的集成發(fā)射器100的位置和形狀。
在圖11C中，在基底10和絕緣層78上形成隧道效應(yīng)層20。最好是利用等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)技術(shù)形成硅基電介質(zhì)，用作隧道效應(yīng)層20。其它的沉積技術(shù)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員都了解。隧道效應(yīng)層20最好是SiC、SiNx、Si3N4(RI～2.0)或者SixNy(x∶y＞3/4，RI-2.3)。Fy-SiOx和Cy-SiOx也可以用作隧道效應(yīng)層20的合適材料。用作隧道效應(yīng)層20的硅基電介質(zhì)最好是大約250～大約5000埃厚。
在處理過的基底10和絕緣層78的表面上最好是采用高介電強度的材料形成的隧道效應(yīng)層20，比如金屬族電介質(zhì)，TiOx，TaOx，WSiN，TaAlOxNy，TaAlOx或者AlOxNy，但最好是TiOx。用作隧道效應(yīng)層20的金屬族電介質(zhì)最好是利用濺射金屬和引入氧和/或氮形成大約500埃厚的電介質(zhì)來沉積形成，這個厚度最好是在大約50到大約250埃厚，比如大約100埃厚。
雖然已經(jīng)說明了兩種隧道效應(yīng)材料，但是也可以將其它的隧道效應(yīng)材料用來提供隧道效應(yīng)層20，同時仍然屬于本發(fā)明的范圍和實質(zhì)之內(nèi)。
沉積了隧道效應(yīng)層20以后，在隧道效應(yīng)層20上沉積、濺射或者用其它方法形成陰極層14。圖11C說明在處理過的基底10表面上利用陰極層14的結(jié)果。陰極層14最好是薄膜金屬層，比如鉑或者金，它的厚度最好是大約50到大約250埃。也可以將其它金屬用作陰極層14，比如鉬、銥、釕、鉭、鉻或者其它折射金屬或者它們的合金。在絕緣層78的孔中隧道效應(yīng)層20上沉積的陰極層14形成發(fā)射器表面86。
圖11D說明如何將腐蝕遮光膜55沉積在發(fā)射器表面86上，部分地在絕緣層78上，從而給出發(fā)射器結(jié)構(gòu)的形狀和位置。圖11E說明陰極層14和隧道效應(yīng)層20的腐蝕結(jié)果。
圖11F說明在腐蝕遮光膜55被剝離以后如何形成第一個光阻層57，以及在處理過的基底10上形成第二個光阻層59，用來產(chǎn)生可再入剖面。第一個光阻層57最好是一厚層光阻，其中有光敏化合物(PAC)，在非常高的溫度(也就是遠遠高于攝氏130度)下很穩(wěn)定。形成了第一個光阻層57以后，最好是烤軟。然后根據(jù)所需腐蝕剖面的類型，在一個能量級上涂上第一個光阻層57。然后在大約120攝氏度到大約150攝氏度下在熱板上對第一個光阻層57硬烤90到180秒。
通過在第一個光阻層57的頂部進行旋轉(zhuǎn)或者沉積，然后在大約90到大約110攝氏度的溫度下烤60秒，涂敷第二個光阻層59。烘烤第二個光阻層59將它的PAC重新分布到第一個光阻層中，改變PAC光阻層61的密度。
在圖11G中，在可變密度光阻層61的表面上采用光掩膜63來給出發(fā)射器形狀和位置。
在圖11H中，在TMAH(氫氧化四甲基氨)顯影劑或者其它顯影劑中將可變密度的光阻層61顯影大約20到大約60秒，具體多長時間取決于厚度。這個顯影過程產(chǎn)生高度可再入的剖面，對于防止進一步沉積的金屬粘在腐蝕孔的壁上很有用。傳統(tǒng)的工藝允許在接近垂直或者非再入側(cè)壁上形成沉積金屬。這一側(cè)壁沉積金屬會出現(xiàn)問題，因為側(cè)壁上的金屬會導(dǎo)致一塊一塊地保留在處理過的基底上，導(dǎo)致短路或者污染。還有，很難腐蝕金屬線，并且在薄金屬上停止。
產(chǎn)生可再入側(cè)壁剖面的其它方法包括在涂敷曝光階段改變曝光能量，利用染色/不染色的抗蝕劑，利用高/低對比度的抗蝕劑，通過利用溫度和時間這樣的涂敷后的烘烤條件控制第一個光阻層57中的溶劑和PAC控制第一個光阻層57和第二個光阻層59在顯影劑中的相對溶解速度。使用的基本理論是在正光阻中產(chǎn)生PAC的適當梯度。然后將抗蝕劑暴露在照射光中進行顯影?？刮g劑的溶解速度反比于PAC濃度，因此能夠產(chǎn)生非垂直側(cè)壁剖面，比如圖中所示的可再入結(jié)構(gòu)。
在圖111中，去掉光掩膜63，在處理過的基底10上沉積或者濺射導(dǎo)電層82。形成導(dǎo)電層82之前，將可選的粘合層首先用于增強與絕緣層78的粘性。當后面選用的導(dǎo)電層82是金的時候，這個可選的粘合層最好是鉭。最好是利用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)來形成粘合層。粘合層最好是大約200埃厚。將導(dǎo)電層82應(yīng)用于前面采用的基底10上的層，比如粘合層，如果有它的話。利用傳統(tǒng)沉積技術(shù)形成導(dǎo)電層82。導(dǎo)電層最好是大約500到大約1000埃厚的金。
在圖11J中，用一個剝離工藝來去掉可變密度光阻層61和沉積在它上面用來產(chǎn)生發(fā)射器裝置50的部分導(dǎo)電層82。最好是將低溫等離子體用來對可變密度光阻層61中的有機材料進行有機腐蝕。使用的氣體最好是平面等離子體腐蝕工藝中的氧。處理過的基底10放置在一個箱子里，輸入氧氣，用能量源激活產(chǎn)生等離子體場。等離子體場給氧提供能量，使它進入高能態(tài)，它則進一步氧化可變密度光阻層61成分，使它成為氣體，用真空泵從箱子中去掉它們。
也可以用濕剝離工藝代替等離子體剝離工藝。處理過的基底10浸入溶劑中進行超高音速或者超音速攪拌，它會使可變密度光阻層61膨脹并將它去掉，以及沉積在它上面的那部分導(dǎo)電層82。
圖12A～12D說明圖11A～11J以外示例性的其它處理步驟，可以將它們用來制作發(fā)射器裝置50’。在圖12A中，形成了陰極層14以后，形成一個保護層65。這個保護層65最好是一層錫或者鉬，用于防止在進一步的處理過程中陰極層14上發(fā)射器表面86被污染?？勺兠芏裙庾鑼?1形成在處理過的基底10的表面上，用光掩膜63曝光制作圖形。
圖12B說明腐蝕可變密度光阻層61形成高度可再入剖面的結(jié)果。
圖12C說明將粘合層80，比如鉭，以及導(dǎo)電層82，比如金，形成于處理過的基底10。因為腐蝕過的可變密度光阻層61的側(cè)壁是高度可再入的，所以粘合層80和導(dǎo)電層82都不沉積在側(cè)壁上。
圖12D說明利用剝離工藝去掉可變密度層和粘合層80以及它上面的導(dǎo)電層82的結(jié)果，隨后有選擇地腐蝕其它的發(fā)射器裝置50’，去掉保護層65，暴露出發(fā)射器區(qū)域84。
利用集成電路薄膜技術(shù)來制作發(fā)射器，能夠與傳統(tǒng)集成電路中有源器件一起同時制作它們。如前所述，具有發(fā)射器的集成電路能夠用于顯示器中或者存儲器中。最好是在制作以后，對發(fā)射器進行退火處理，提高發(fā)射器的發(fā)射率。
圖13A和13B說明用來提高本發(fā)明的一個發(fā)射器中發(fā)射電流的一個示例性退火過程。通過延長發(fā)射器的壽命，這個退火過程還能夠提高器件的生產(chǎn)率和質(zhì)量。除了其它好處以外，這個退火過程還能夠降低不同金屬的接觸電阻，從而增大流進發(fā)射器的電流。
在圖13A中，第一個熱剖面120說明包括采用了本發(fā)明的一個發(fā)射器的處理過的基底首先在10分鐘內(nèi)被升溫到大約400攝氏度，然后保持這個溫度30分鐘。接下來，用大約55分鐘的時間將處理過的基底逐漸地冷卻到室溫(大約25攝氏度)。在圖13B中，第二個熱剖面122說明采用本發(fā)明的發(fā)射器的處理過的基底在10分鐘內(nèi)被加熱到大約600攝氏度的溫度，將這個溫度保持大約30分鐘。然后，在大約100分鐘的時間內(nèi)，將處理過的基底逐漸地冷卻到室溫。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會明白，可以改變示例性過程中描述的溫度的升高速率和冷卻速率，同時仍然屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。通過對包括本發(fā)明的至少一個發(fā)射器的基底進行退火處理，能夠改善發(fā)射器的幾個特性。
應(yīng)該指出，對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言，可以對這里公開的實施方案進行許多改變和改進，而不會偏離本發(fā)明的實質(zhì)。所有這種改變和改進都被包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，就像下面的權(quán)利要求所說明的一樣。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射器(100)，包括一個電子源(10)；電子源上面沉積的一個隧道效應(yīng)層(20)；和隧道效應(yīng)層上面沉積的一個陰極層(14)；部分地在陰極層上面沉積，給出一個孔用來產(chǎn)生發(fā)射區(qū)的一個導(dǎo)電層(82)，其中的電子源、隧道效應(yīng)層和陰極層都已經(jīng)進行了退火處理(120，122)。
2.權(quán)利要求1的發(fā)射器(100)，能夠提供發(fā)射電流大于1×10-2安培每平方厘米的發(fā)射能量(22)。
3.一個電子裝置，包括能夠發(fā)射能量(22)的權(quán)利要求1的發(fā)射器(100)；和能夠接收發(fā)射的能量，并且能夠在收到發(fā)射能量的時候產(chǎn)生至少第一個效應(yīng)以及在沒有收到發(fā)射能量的時候產(chǎn)生第二個效應(yīng)。
4.一個存儲裝置，包括用來產(chǎn)生電子束的權(quán)利要求1的至少一個發(fā)射器(100)；將電子束進行聚焦產(chǎn)生聚焦束(32)的一個透鏡(28)；和緊靠至少一個發(fā)射器附近的一個存儲媒介(58)，這個存儲媒介具有一個存儲區(qū)域，能夠處于多個狀態(tài)(60)之一，以代表儲存在這個存儲區(qū)域中的信息；從而使當聚焦束照射這個存儲區(qū)域的時候產(chǎn)生一個效應(yīng)；這個效應(yīng)的強度取決于存儲區(qū)域的狀態(tài)；和通過測量這個效應(yīng)的強度來讀取存儲區(qū)域中儲存的信息。
5.一個發(fā)射器(100)，包括一個電子供給層(10)；在電子供給層上形成，其中有一個孔的一個絕緣層(78)；在這個電子供給層的這個孔中，絕緣層的上面形成一個隧道效應(yīng)層(20)；在這個隧道效應(yīng)層上形成的一個陰極層(14)；和部分地沉積在陰極層上面，部分地沉積在絕緣層上面的一個導(dǎo)電層(82)；其中的發(fā)射器已經(jīng)進行了退火處理(120，122)，以提高從電子供給層穿透到陰極層提高能量發(fā)射的電子的數(shù)量。
6.在電子供給層(10)上面產(chǎn)生一個發(fā)射器(100)的一種方法，包括以下步驟在電子源上形成一個隧道效應(yīng)層(20)；在隧道效應(yīng)層上形成一個陰極層(14)；在陰極層上形成一個可變密度光阻層(61)；和對可變密度光阻層進行顯影，產(chǎn)生腐蝕孔的可再入剖面，將陰極層的一部分暴露出來；和在陰極層顯影以后的孔中形成導(dǎo)電層(82)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中形成導(dǎo)電層(82)的步驟還包括形成導(dǎo)電層之前形成粘合層(80)的步驟。
8.權(quán)利要求6的方法，其中形成陰極層(14)的步驟還包括在形成可變密度光阻層的步驟之前在陰極層上形成保護層(65)的步驟。
9.在電子源(10)上產(chǎn)生發(fā)射器(100)的一種方法，包括以下步驟在電子源上沉積的絕緣層(78)上形成一個隧道效應(yīng)層(20)，這個絕緣層給出到電子源的一個孔；形成一個陰極層(14)，與隧道效應(yīng)層粘合；在陰極層和絕緣層上形成可變密度光阻層(61)；在陰極層的可變密度光阻層上產(chǎn)生一個孔；和剝離可變密度光阻層，以便將它從陰極層和絕緣層上去掉。
10.在電子供給表面(10)上產(chǎn)生發(fā)射器(100)的一種方法，該方法包括以下步驟在電子供給表面上產(chǎn)生一個絕緣層(78)；在這個絕緣層中給出一個發(fā)射區(qū)域；在這個絕緣層和這個孔中形成一個隧道效應(yīng)層(20)；在這個隧道效應(yīng)層上形成一個陰極層(14)；腐蝕這個陰極層和隧道效應(yīng)層；在這個陰極層和絕緣層上形成一個可變密度光阻層(61)；對這個可變密度光阻層進行顯影，產(chǎn)生再入孔，暴露出一部分陰極層，在這個可變密度光阻層上，再入孔內(nèi)，在陰極層上形成一個導(dǎo)電層(82)；和剝離可變密度光阻層以及沉積在它上面的導(dǎo)電層。
全文摘要
一種發(fā)射器(100)具有一個電子供給層(10)以及這個電子供給層上形成的一個隧道效應(yīng)層(20)?？梢赃x擇在這個電子供給層上形成一個絕緣層(78)，其中有孔，孔中形成隧道效應(yīng)層。在這個隧道效應(yīng)層上形成一個陰極層(14)。導(dǎo)電層(82)部分地沉積在陰極層上，部分地沉積在絕緣層上，如果有絕緣層的話。導(dǎo)電層給出一個孔，以提供電子(16)和/或光子(18)的能量發(fā)射(22)表面。
文檔編號H01J21/10GK1426082SQ02148148
公開日2003年6月25日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者S·雷馬穆施, 陳之章 申請人:惠普公司