穩定和受控的電子源,電子源的矩陣系統以及它們的生產的方法技術方案

提出一種電子源，其中場致發射體由在基片上外延地生長的晶須構成。鎮流電阻和激活區域被放置在場致發射體的實體中和或表面上。鎮流電阻可以以具有ｎ－ｎ＋，ｐ－ｐ＋，ｐ－ｎ半導體結的形狀的一個勢壘或與荷電載流子流交叉的絕緣層來實現。用于控制這樣的電子源的元件被垂直地排列。這允許大大地減小元件所化費的面積，這樣，提高器件的分辨力和擴展其應用領域。這樣，由于晶須生長場致發射體，有可能在強電場下由低電壓控制發射電流。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微電子學，包括真空微電子學，更具體地涉及場致發射器件，特別是場致發射陰極射線管，以及涉及其它場致發射器件，諸如場致發射顯示器，用于電子槍、用于微波器件的電子源等等。現有技術近年來，考慮了用于實現場致發射的各種實例，包括通過使用平面結構上的缺陷造成的發射，這些缺陷用作為場致發射的引發劑[1，2]。通過特殊方法作為場致發射引發劑制備的場致發射體(尖觸點、刀片等)與這些缺陷相比較，從實現常規的多個陣列的場致發射體的容易性和在大面積上控制陣列的生長方面來看，具有許多優點。然而，實際上，當常規的陣列劣于帶有均勻性的缺陷的偶發的分布的結構時，常常出現問題。場致發射體給出的電子流在穩定性和可控制性方面的麻煩也是熟知的。多個場致發射體陣列的場致電子發射的一致性方面的麻煩具有同樣的性質。一致性典型地由用來均衡流過多個場致發射體陣列的不同的場致發射體的電子電流的鎮流電阻來確保。各種設計和工藝解決辦法被使用來克服場致發射體的麻煩(問題)。一種控制的電子源是已知的，其中場致發射體被連接到被用作為穩流電子源的MOSFET的漏極[3，4]。在這樣的電子源中，場致發射電流的穩定性和可控制性的問題被成功地解決。然而，在電子源中晶體管p-n結被放置在基片上，其上也放置了場致發射體，以及控制電極被安排在場致發射體與荷電載流子源之間，該荷電載流子源也被放置在基片上。這大大地增加象素所化費的面積，因此，降低了基于這樣的電子源的場致發射顯示器的分辨力。在專利[5]中成功地實現了與控制元件的空間安排相組合的、穩定性和可控制性問題的解決方案。這里，在電子源中一個二極管被放置在發射器基極，用于場致發射電流的穩定性和可控制性。這樣的設計原理上最少降低電子源尺寸三倍，因為它的控制部件與場致發射體本身取相同的位置。這樣的電子源允許調整電壓，以使得用于場致發射體的啟動電壓被降低，這樣，確保了均勻發射。多個發射體，通過二極管工作和實際用作為鎮流電阻，被放置在陰極射線管電極上。這樣的設計確保場致發射的均勻性，同時確保它的可控制性。然而，在[5]中提出的、場致發射電流的穩定性和控制的元件不足以用來成功地解決均勻性和可控制性的問題。在專利[6]中，實現了更完全地使用場致發射體的優點。場致發射體被考慮為空間分布的物體(其各個部件用作為器件的功能性元件)，而不被考慮為場致發射的“物微粒”，但不用它們的各個部件的空間特征。按照專利[6]，把用于受控電子源的元件從平面的安排(如在[3，4]中完成的)變換成垂直安排。因此，場致發射電流的穩定和控制上的主要角色被分配到場致發射體的實體和表面，除了其頂部的通常的角色。類似于專利[3-5]，在[6]中，萃取電極作用到位于發射體頂部的電極。在[6]中，電子源被認為其中場致發射體具有足夠的長度和厚度。所以，從控制電極或載流子(諸如[5]中的二極管)的作用的觀點出發，最少考慮電子源的四個區域-放置場致發射體的基片；-場致發射體的底部；-場致發射體的頂部；-它們的實體。這些是選擇性激活的區域，或激活區域。所以，激活區域是在基片上、在場致發射體的實體上、在它的底部的或在它的頂部的區域。荷電載流子源與場致發射體的連接是通過該區域實現的，以及從一個區域到另一個區域的場致發射電流的控制，通過激發和萃取被實施。然而，在某些情況下，在[6]中，不能實現對荷電載流子電流的這樣的控制。這涉及到這樣的事實，場致發射體在相當高的電場，例如陽極的電場的作用下，不單受到它對場致發射體的頂部的區域的影響也受到它對所有的實體的影響。結果，這樣的電場，作用到場致發射體，“短路”各種勢壘和控制元件。通過在專利[6]中所使用的“濕的”或“干的”蝕刻制備場致發射體的方法導致形成具有激活區域域的長度1與直徑d的小的比值的發射體。在這種情況下，為了控制場致發射電流，必須使用太大的電壓，以便補償大的外部電場(例如，陽極的電場)的作用。事實上，如果包含p型導電性部分的場致發射體被放置在由陽極形成的電場E中(圖3C)，則第一p-n結04的第一部分的邊界被Ej移到p區。在某個數值Et下，第一結04接近于第二結06到這樣的程度，以使得來自n區c的電子開始隧道通過變窄的勢壘到達場致發射體。這使得電子從場致發射體發射。這是在外部電場下的“短路(shorting out)”。在傳統的(圖3A)實例和在考慮的[6]實例中，在場致發射體附近控制電極的存在可補償穿透的電場的作用，這樣，“鎖定”了第二n區c的荷電載流子。然而，已經獲知，在[6]中所考慮的幾何尺寸，p區的長度1是可以與寬度d相比較的或甚至短于d。正如所獲知的，為了鎖定荷電載流子，控制電極02或08的橫向電場的數值必須是能與負責荷電載流子流的縱向電場相比較的。這使得必須把大的電壓加到控制電極上。此外，在專利[6]中，控制電極激發荷電載流子流過激活的區域，以及從場致發射體萃取電子。這樣，電子發射是穩定的和被控制的，同時，[6]中的控制電極不鎖定荷電載流子通過激活區域的流動。以上的控制電極的功能，-激發荷電載流子的流動，使得在[6]中提到的p區的近似尺寸必須為“厚度上不大于幾個微米，一般是亞微米量級的厚度”(見[6]中最后一段，第8列)。這意味著[6]的作者們不考慮通過“鎖定”功能提供控制電極的可能性，結果，他們考慮一種設計是對于激發是剛好足夠的，但不足以在強的外部電場影響下鎖定電子移動。然而，已經獲知，如果控制電極能夠鎖定電流，則有可能使用小的(以絕對值計)負壓用于鎖定電流。剛才提到的方法從實際觀點看來是非常重要的-在不同的驅動系統中使用低電壓“電鍵”，例如在場致發射顯示器中。這樣的實例在[6]中由于小的1/d的特征值而無法實現，[6]中提出的設計所給出的1/d大約等于1。在本專利技術中，由于以下措施，克服了該缺點，在其中為了場致發射的穩定性和控制性，使用了特征量1/d＞＞1的晶須(“細絲晶體”)。在本專利技術中也提出了用于制備帶有橫向p-n結的晶須的方法。結果，所建議的設計允許借助于鎖定荷電載流子電流來控制場致發射。所提出的方法在創建有效的長的壽命的平板顯示器方面是特別重要的。事實上，陽極(加速)電場越高，它們的熒光物越有效和越長壽，因為在較高的電壓下，效率較高。另外，在這樣的器件中陽極電壓增加，從而降低電流時，熒光物的耐用性提高。高的加速電壓允許使用保護涂層(例如，鋁)，它阻止熒光物分解，并且由于光反射而增加亮度。此外，降低電流對于場致發射體本身(特別是對于半導體發射器)是有用的，因為在高的電流下，發射器被加熱會造成它們的惡化。在本專利技術中，提出了對于基于使用外延地生長的晶須的場致發射電流的穩定性和控制的各種可能性。通過晶須生長，比值1/d可以被實現為5-10倍或更大。此外，采樣晶須生長的場致發射體，可以實現控制電極的形狀變化和創建的很大的可能性。具體地，圖4c上給出了帶有臺階形狀的發射體的設計。按照本專利技術，場致發射體由晶須實現，包括至少一個勢壘(例如，n，n+，p，p+，或p-n結)，即勢壘被放置在場致發射體的實體中，它是在基片以上(即在它本身的底部以上)的某個高度h＞0。同時，在[3，5]中，勢壘之一被放置在場致發射體的底部，它或者在基片的上層或者低于基片。如上所述，激活區域可被放置在場致發射體的底部[5]，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
包括場致發射體、基片、荷電載流子源、至少一個鎮流電阻的電子源，其中場致發射體是由在基片上外延生長的晶須實現的；至少一個鎮流電阻以呈現為場致發射體中的邊界的勢壘來實現，邊界由帶有不同種類的導電性的材料的接觸而構成。

【技術特征摘要】
RU 1998-4-30 98109078;RU 1999-1-18 991010331．包括場致發射體、基片、荷電載流子源、至少一個鎮流電阻的電子源，其中場致發射體是由在基片上外延生長的晶須實現的；至少一個鎮流電阻以呈現為場致發射體中的邊界的勢壘來實現，邊界由帶有不同種類的導電性的材料的接觸而構成。2．按照權利要求1的電子源，其特征在于，其中場致發射體由至少一種半導體材料實現。3．按照權利要求2的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由帶有不同導電性的材料的結(諸如n，n+，p，p+等)構成。4．按照權利要求1-3的任一項的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由與荷電載流子流動方向交叉的絕緣層構成。5．按照權利要求1-4的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體由尖觸點構成。6．按照權利要求1-5的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體包含兩個同軸部分，寬的下面的部分和更窄的上面的部分。7．按照權利要求1-4的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體由刀片構成。8．按照權利要求1-7的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體的尖觸點被變尖和被涂覆以鉆石或鉆石樣的材料。9．按照權利要求8的電子源，其特征在于，其中鉆石或鉆石樣的涂層被變尖。10．包括場致發射體、基片、荷電載流子源、至少一個鎮流電阻的電子源，其中場致發射體是由在基片上外延生長的晶須實現的；至少一個鎮流電阻以由場致發射體與被放置在場致發射體的表面上的導電層之間的邊界構成的勢壘來實現。11．按照權利要求10的電子源，其特征在于，其中至少一個鎮流電阻以呈現為場致發射體中的邊界的勢壘來實現，邊界由帶有不同種類的導電性的材料的接觸而構成。12．按照權利要求10、11的電子源，其特征在于，其中場致發射體由至少一個半導體材料實現。13．按照權利要求10-12的任一項的電子源，其特征在于，其中導電層由至少一個半導體材料實現。14．按照權利要求10-13的任一項的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由帶有不同導電性的材料的結(諸如n，n+，p，p+等)構成。15．按照權利要求10-14的任一項的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由與荷電載流子流動方向交叉的絕緣層構成。16．按照權利要求10-15的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體由尖觸點構成。17．按照權利要求10-16的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體包含兩個同軸部件，寬的下面的部件和更窄的上面的部件。18．按照權利要求10-15的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體由刀片構成。19．按照權利要求10-18的任一項的電子源，其特征在于，其中場致發射體的尖觸點變尖和被涂覆以鉆石或鉆石樣的材料。20．按照權利要求19的電子源，其特征在于，其中鉆石或鉆石樣的涂層被變尖。21．按照權利要求10-20的任一項的電子源，其特征在于，其中荷電載流子源通過基片和/或導電層被連接到場致發射體，該導電層直接地或經過絕緣層被放置在場致發射體的表面上。22．包括場致發射體、基片、荷電載流子源、至少一個鎮流電阻的電子源，其中基片具有尖觸點的形狀，以及由絕緣體和導電層構成；鎮流電阻由該層實現。23．按照權利要求22的電子源，其特征在于，其中導電層包含至少一個用于荷電載流子的勢壘。24．按照權利要求22、23的任一項的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由帶有不同導電性的材料的結(諸如n，n+，p，p+等)構成。25．按照權利要求22-24任一項的的電子源，其特征在于，其中至少一個勢壘由與荷電載流子流動方向交叉的絕緣層構成。26．包括場致發射體、基片、荷電載流子源、至少一個鎮流電阻和至少一個控制電極的受控電子源，其中它包含按照權利要求1-25實現的電子源。27．按照權利要求26的受控電子源，其特征在于，其中它包含在場致發射體中和/或表面上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉夫根尼因維維奇吉瓦吉佐夫，ME吉瓦吉佐夫，VI埃爾肖夫，NI曼施納，
申請(專利權)人：葉夫根尼因維維奇吉瓦吉佐夫，
類型：發明
國別省市：RU[俄羅斯]