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技術 改善された放出エリアを有する平坦型電子放出装置および製造方法

出願人 エイチピー・インク
発明者 ヘンリク・ビレッキヴ・ティエン・ビン
出願日 2002年12月26日 (17年10ヶ月経過) 出願番号 2002-376851
公開日 2003年7月31日 (17年3ヶ月経過) 公開番号 2003-217439
状態 拒絶査定
技術分野 電子管または放電ランプの共通細部 冷陰極
主要キーワード 分割材料 二値状態 放出エリア 保護筐体 半導体絶縁層 パッシベーションステップ 電界放出ディスプレイパネル 先端構造体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年7月31日)のものです。
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図面 (9)

課題

電界放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成することができ、環境の影響への配慮および従来技術において典型的に必要とされる高真空環境の必要性をなくし、従来技術よりも優れた、平坦電子放出素子中央領域周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出器を提供することである。

解決手段

電界放出平坦型電子放出器素子は開示され、それは、放出電極と、抽出電極と、放出電極および抽出電極に電気的に接続される平坦な放出器電子放出層とを有する。平坦型電子放出器は、放出層外側領域よりもその中央領域において電子放出の割合を大きくするように構成される。その平坦型放出器素子はさらに、平坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極も含む。

概要

背景

概要

電界放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成することができ、環境の影響への配慮および従来技術において典型的に必要とされる高真空環境の必要性をなくし、従来技術よりも優れた、平坦電子放出素子中央領域周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出器を提供することである。

電界放出平坦型電子放出器素子は開示され、それは、放出電極と、抽出電極と、放出電極および抽出電極に電気的に接続される平坦な放出器電子放出層とを有する。平坦型電子放出器は、放出層外側領域よりもその中央領域において電子放出の割合を大きくするように構成される。その平坦型放出器素子はさらに、平坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極も含む。

目的

本発明の目的は、電界放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成することができ、典型的に必要とされる高真空環境の必要性を無くすのと同様に従来技術よりも環境の影響を受けないで、従来技術よりも優れた、平坦型電子放出素子の中央領域周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出器を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

平坦電子放出素子であって、前記平坦型電子放出素子は、放出電極と、抽出電極と、前記放出電極上に形成され、前記抽出電極に電気的に接続されるショットキー金属半導体接合を有する固体電界制御電子放出器とを含み、前記放出電極と前記抽出電極との間に電位をかけることにより、前記ショットキー金属−半導体接合の露出された表面から電子電界放出が生じ、前記ショットキー金属−半導体接合の半導体層は前記半導体層の内側部分よりも深さ方向において厚みのある外側周辺部を含み、それにより前記外側周辺部において電子ビーム放出を低減し、また前記放出電極と前記抽出電極との間にかけられる電界は、前記外側周辺部よりも前記内側部分において高い割合で、前記平坦型電子放出器の表面から前記抽出電極に向けて放出電子を引き寄せる平坦型電子放出素子。

技術分野

0001

本発明は全般に超高密度メモリ記憶システムにおいて用いられる放出器素子に関し、より詳細には、本発明は集束精度を改善するために中央位置において電子放出を最適化する、改善された固体放出器に関する。

0002

放出器素子の別の出願が同じ譲受人に譲渡され、同時係属中の「IMPROVED ELECTRONEMITTERDEVICE FORDATA STORAGEAPPLICATIONS AND METHODOFMANUFACTURE」というタイトルの米国特許出願第10/042,927号に記載される。

0003

米国特許第5,557,596号

0005

メモリ記憶システムは、最初に磁気テープを用いてから、磁気ハードドライブおよび現在の光ドライブならびにSRAMおよびDRAMのような高度な高速メモリまで長年にわたって多大な進歩を遂げてきた。最近の開発では、超高密度記憶素子において電界放出型電子放出器が利用されている。電界放出型電子放出器は典型的には、先端部の先鋭な場所から電子ビームを放出する先端構造体として製造されている。電子ビームは、電界放出器の近くに配置される記憶媒体に対して読出しおよび書込みを行うために用いられる。記憶媒体上の記憶位置にアクセスするために、電界放出器のアレイの位置と記憶媒体内記憶エリアのアレイの位置とをと一致させる場合があるか、あるいはより小型の電界放出器のアレイが記憶媒体に対して動かされる場合がある。

0006

電界放出器技術を用いる超高密度記憶素子の一例が特許文献1に開示される。各電界放出器は典型的には、ある記憶エリアによって束縛された電子ビーム流を生成し、信号電流を生成する。各記憶エリアはいくつかの異なる状態のうちの1つの状態をとることができ、最も典型的な場合には、ハイビットあるいはロービットによって表される1あるいは0のいずれかの二値状態をとる。記憶エリアに衝当するビーム流によって生成される信号電流の大きさは記憶エリアの状態に依存する。したがって、そのエリアに格納される情報は信号電流の大きさを測定することにより読み出すことができる。

0007

また電子ビームは、記憶エリアに情報を書き込むために用いられる場合もある。各電子ビーム電力を増加して、電子ビームが衝当する記憶エリアの状態を変更することができる。記憶エリアの状態を変更することにより、そのビームの強度に応じて、その記憶エリアにおいて1ビットの情報が格納あるいは消去される。

0008

情報が格納され、検索され、アクセスされる速度および精度は電界放出器の効率に大きく依存する。さらに、電界放出器先端構造体(field tip emitters)を製造し、加工するために必要とされる製造工程は非常に複雑である。さらに、記憶媒体はその情報の読出しあるいは書込みを行うために用いられる電界放出器から離隔して配置されるので、環境の影響から放出器先端構造体およびメモリアレイの両方の繊細な表面を保護するために、それらの素子は約10−7Torr以下の高真空状態保護筐体内に配置される必要がある。高真空コストがかかり、達成するのが難しい。

0009

さらに平坦型電子放出器技術では、均一な半導体層放出電極に適用されるとき、抽出電極構造に起因する電界集中のために、電子放出が放出器の端部において行われる傾向がある。これは、その領域内の電気力線が著しく湾曲し、ビームが主に平行にされるのではなく発散するようになるので望ましくない。放出が主として、抽出するための電気力線が主に直線である放出器の中央において行われるようにすることが有利である。

0010

本発明の目的は、電界放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成することができ、典型的に必要とされる高真空環境の必要性を無くすのと同様に従来技術よりも環境の影響を受けないで、従来技術よりも優れた、平坦型電子放出素子中央領域周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出器を提供することである。

発明が解決しようとする課題

0011

本発明によれば、超高密度記憶システムにおいて用いるための改善された電界放出素子が開示される。その電界放出素子は、放出電極と、抽出電極と、放出電極および抽出電極に電気的に接続される平坦な放出器電子放出層とを有する平坦型電子放出器である。平坦型電子放出器は、放出層外側領域よりもその中央領域において電子放出の割合を大きくするように構成される。このように割合を大きくするための一例が、平坦型放出器放出層の外側周辺部が内側部分よりも深さ方向において厚みがあるように平坦型放出器電子放出層を形成することにより達成され、そのような放出層は、放出電極と抽出電極との間に電界がかけられる際に外側周辺部において電子ビーム放出を低減する。その電界は、外側周辺部よりも内側部分において高い割合で、平坦型放出器電子放出層の表面から抽出電極に向けて電子を引き寄せる。その平坦型放出器素子はさらに、平坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極も含む。中央領域において改善された電子放出率を達成するために、その平坦型電子放出素子は概ね凹形の上側表面を有する。

課題を解決するための手段

0012

別の実施形態では、平坦型放出器放出層は、金属の第1の層と、金属の第1の層上に堆積される半導体の第2の層とを含む。金属層は、プラチナ、金、銀あるいは金属半導体複合層から形成される場合があり、一方、半導体の第2の層はバンドギャップが広い半導体を含み、典型的には非常に弱いn型の導電性を有する。さらに、請求項1に記載される平坦型電子放出素子は、放出電極と抽出電極との間に配置される誘電体と、抽出電極と集束電極との間にある別の誘電体とを組み込む。

0013

超高密度メモリ装置において用いられる平坦型電子放出器を製造するための工程は、放出電極層を形成するステップと、抽出電極層を形成するステップと、抽出電極層の少なくとも一部を除去することにより放出電極層を露出させるステップと、堆積された半導体材料の中央位置から堆積された半導体材料の外側周辺部まで制御された厚みの勾配が延在するように放出電極上に半導体材料を堆積するステップとを含む。その工程はさらに、抽出電極層を形成する前に、放出電極層上に金属層を形成するステップを含む場合があり、堆積ステップでは金属層上に半導体材料が堆積される。先に記載された平坦型電子放出素子を達成することと合致する付加的な処理ステップも考慮される。これらのステップは、放出電極上に堆積される半導体材料が凹形の上側表面を形成するように平坦型電子放出器を製造することと、必要とされる絶縁性誘電体層とともに集束電極を形成することとを含むであろう。

0014

平坦型電子放出素子は特に、記憶エリアを備える記憶媒体を有する記憶装置において用いられることが意図されており、その記憶エリアは、その記憶エリアに格納される情報を表すための複数の状態のうちの1つをとる。電界放出器は、記憶エリアに格納される情報の読出しあるいは書込みを行うために用いられる電子ビーム流を生成する。

0015

本発明の特徴および利点は、図面を参照して以下に記載される説明を読むことにより当業者には明らかになるであろう。

発明を実施するための最良の形態

0016

超高密度記憶素子において典型的に用いられる改善された平坦型電界放出電子放出器構造が図1図5に開示される。放出器構造100は、ある固体機構を用いて、特許文献1において以前に開示された超高密度記憶素子のような構造において、および特許文献2に開示されるタイプのような電界放出型ディスプレイシステムにおいて用いるために電子放出を高め、改善する。またその構造は、2000年11月23日に公表された特許文献3および特許文献4に記載かつ図示される構造にも基づく。

0017

その固体機構は、平坦型電界放出電子放出素子の放出電極上に配置される薄い金属層を利用する。次に、バンドギャップが広い半導体材料の薄い層が金属層上に配置され、その層はショットキー金属半導体接合を形成し、電子ビームの形成および放出を高める。電子ビームの形成は環境から保護される境界面において生じるので、放出器構造は汚染のような環境的な要因に影響をより受けにくくなり、ショットキー金属−半導体接合を欠く従来技術の放出器構造において一般的に見られる分子の脱離および吸着に起因する時間的および空間的な放出されるビームの不安定性が最小限に抑えられる。さらに、その固体機構は、放出のために必要とされる電界を低減し、それにより平坦型放出器構造体を利用することへの障害になっていたドライバ電圧要件を低減して、従来技術において必要とされた固有の低い仕事関数の材料を不要にすることもできる。

0018

障壁はさらに、放出器先端構造体に関連する強い電界勾配内で汚染物質が移動することを概ね防止する。電界勾配は放出エリアの方向に低くされ、それにより材料汚染物質の動きを低減する。さらに、平坦型放出器構造体では、先端構造体内に設けられる場合よりも大きな放出エリアにわたって電流が平均化されることに起因して雑音が最小限に抑えられる。この平坦型放出器構造体は再び、ショットキー金属−半導体接合を利用し、かつ電子を放出するために必要とされる電界を低減することにより実現可能になる。また、従来技術に悪影響を及ぼしていた汚染物質がここではほとんど影響を与えないので、仕上げ段階における保護障壁は、高真空の必要性を低減する。これはさらに製造コストを削減し、本発明の技術を組み込む素子の寿命を改善する。

0019

各平坦型電界放出電子放出器構造はさらに、電界放出電子放出器の表面から電子の抽出を実行するために用いられる付加的な電極を含む。抽出電極および集束電極が典型的には互いに関連しながら動作し、放出される電子ビームを最初に抽出し、その後、集束あるいは制御するために必要とされる適当な電界を与える。一般に、平坦型放出器構造は概ね平行なビームを与え、一方、先端構造放出器形状は発散するビームを与える。

0020

改善された平坦型電界放出電子放出器構造は、当業者によって実施されるような周知の半導体製造技術を用いて製造される。典型的には、一例としてのみで、上記の方法および構造はシリコン基板上で実行されるが、シリコンの代わりにガリウムヒ素あるいはゲルマニウムのような他の半導体材料を直ちに用いることができるか、あるいは基板ガラスまたはサファイアのような非導電性材料を用いることができる。ここで、平坦型電界放出電子放出器の種々の段階および完了時の結果的な構造を含む工程が図1図5に関連して与えられる。

0021

図1は、基板110を用いて開始する平坦型放出器素子100の断面図を示しており、当業者によく知られている技術および手順にしたがって半導体材料、金属材料あるいは酸化物の種々の層を用いて基板上に放出器が製造される。最初に、第1の基板110上に導電性材料からなる電極層112が形成される。基板の上側表面は化学機械研磨(CMP)のような広く受け入れられている方法を用いて平坦化される場合がある。層112は典型的には金属あるいはドープ多結晶シリコンから構成され、本発明による平坦型電界放出電子放出素子100において用いる放出電極の第1の部分としての役割を果たす。導電性層112は実施形態によってはオプションの場合がある。

0022

次に図2に示されるように、当業者に知られている従来の金属堆積技術を用いて、電極層112の表面上に金属の薄い層114が堆積される。金属層114は、ショットキー金属−半導体障壁を形成するために半導体と結合することができる、高い導電性を有し、かつ腐食に耐え得る材料(プラチナ、タングステンモリブデンチタン、銅、金、銀、タンタル等、およびその任意の合金あるいは多層化された薄膜)から形成される場合がある。導電層112は0.1〜0.5μmの範囲の厚みを有し、金属層114は10〜100nmの範囲の厚みを有するが、20nmであることが好ましい。別法では、層112および114は組み合わせられて、適当な導電率保証する厚みを有する材料構成層114から形成することができる。

0023

次に図3に示されるように、金属層114上に第2の半導体層116が堆積される。半導体層116は典型的には、酸化チタン(TiO2)のようなバンドギャップが広い半導体材料から構成される。他のタイプの広いバンドギャップの半導体材料が適している場合もあり、それはシリコンカーバイド(SiC)、ダイヤモンドライクカーボン、SiO2、Al2O3、五酸化タンタル等を含むであろう。

0024

金属−半導体境界は固体ショットキー金属−半導体障壁を与える。電界がかけられるとき、電子が、薄い半導体層116内の、電界によって制御される低いあるいは負の電子親和力領域に注入される。放出器素子100は金属の層を用いて電子貯蔵体としての役割を果たし、その上に、金属層を覆う半導体材料の非常に薄い層を含む。半導体材料は、その構造に電界がかけられる際に誘発される負の電子親和力の表面エリアを与えるように製造される。たとえば、半導体層116は、限定はしないが、シリコン、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、ハフニウムジルコニウムバナジウムニオブ、モリブデン、クロムイットリウムスカンジウムおよびその組み合わせの酸化物、窒化物および酸窒化物のような材料から形成される場合がある。金属層114からの電子はその表面付近の薄い半導体層116を突き抜け、層116の上側から放出される。

0025

絶縁性半導体層116の厚みは、電界をかける際に負の電子親和力条件を達成するように選択される。その厚みの下限値は、そのような領域を形成するために必要とされる最小厚によって決定される。半導体層116の厚みの上限値は、層116において電子輸送を引き起こすために必要とされる電位によって決定される。半導体層116が厚いほど、必要とされる電位が高くなる。それゆえ、半導体層116の厚みは2〜8nmの範囲を有し、5nmであることが好ましい。

0026

ショットキー金属−半導体層障壁が形成された後、本発明にしたがって図4に示されるような付加的な従来の処理ステップが実行される。これらのステップは、放出器100の表面上の平坦型電界放出電子放出器表面付近に電極を設けることを含む。また、放出器の表面からの、ならびに付加的な電極層間の分離および絶縁を与えるために誘電体層も形成される。別法では、他の構造が形成された後にショットキー金属−半導体障壁が形成される。

0027

絶縁性誘電体118が、当業者によく知られている従来の酸化物成長および加工技術を用いて、放出器100の表面上に成長する。たとえば、誘電体118は、限定はしないが、シリコン、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、クロム、イットリウム、スカンジウムおよびその組み合わせの酸化物、窒化物および酸窒化物のような材料から形成される場合がある。誘電体118は、絶縁体が層112とコンフォーマルになるように形成される場合がある。この層118は0.5〜5μmの範囲の厚みを有する。

0028

次に、当業者によく知られている従来の処理技術を用いて、酸化物層118上に導電層120が堆積される。導電層120は、金属(アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン、銅、金、銀、タンタル等およびその任意の合金あるいは多層化された薄膜)、ドープポリシリコングラファイト等、あるいは金属と非金属、たとえば炭素、薄膜との組み合わせから形成される場合がある。導電層120は典型的には放出器構造100において抽出電極として用いられる。

0029

導電層120を形成した後、誘電体材料からなる分離および絶縁層が層122として塗布される。層122は層118と同じであり、同じようにして形成される場合があるか、あるいは電極金属層120と後続の導電層124との間に誘電性の分離を与えるために類似の物質からなる場合がある。

0030

導電層124が、層114および120を形成するために用いられた技術と類似のよく知られている製造技術を用いて、誘電体層122の表面上に形成される。層124は、層114および120において用いられる金属と同じ金属から形成される場合があるが、当業者によって典型的に用いられる異なる導電性金属から形成される場合もある。さらに導電層124は、一例では、動作中の放出器の表面からその近くの記憶媒体に放出される電子を集束する際の集束電極としての役割を果たす。

0031

半導体層116上に穴を開け、放出器表面を露出させるために、最終的なパターニングおよびエッチングが実行される。これらの技術は当業者にはよく知られており、その機能的な設計において用いられる際に、電子が通過するための開口部を設けるように導電層120および124を貫通する開口部を形成し、かつ絶縁性の誘電体層118および122をエッチバックするために用いられる。穴は典型的には約0.1〜10μmの直径を有する。

0032

誘電体層122は、穴の直径の約半分の厚みを有し、0.05〜5μmの範囲にある。金属層120は約0.05〜0.3μmの厚みを有する。同様に、導電層124は約0.05〜0.3μmの範囲の厚みを有する。さらに、導電層120は抽出電極として機能し、導電層124は集束電極として機能するものとして示されてきたが、その動作は、それらの電極が電子を抽出し、かつ集束するように協動するように組み合わせられる場合がある。別の実施形態では、バンドギャップが広い半導体層116と、おそらく金属層114とは、抽出電極120および124ならびに関連する誘電体層118および122が堆積され、開口部が形成されるまで形成されない。その後、層114および116が、これらの開口部を通して電極112上に直に堆積される。

0033

さらに、一度に1つの放出器構造100が製造されるのではなく、一般にはそのような放出器素子100のアレイが製造されることが考慮される。たとえば、100×100の放出器100のアレイが、先に記載された超高密度記憶システムにおいて読出しおよび書込み動作を実行するように作られる場合がある。さらに、そのような放出器素子の大きなアレイが電界放出ディスプレイパネルにおいて用いられる場合もある。

0034

放出器構造100は1つの電極層112を有するように示されてきたが、そのような層はオプションであり、半導体基板110が、その上に金属層114を堆積された放出電極として機能するほど十分、かつ適切にドープされる場合もある。さらに、その放出器は、本発明にしたがって図1図5に示される製造技術および結果的な構造に関して平坦な電子放出器であることが示されてきたが、他の構造においてもショットキー金属半導体障壁による手法を利用することができる。ショットキー金属−半導体障壁を用いることにより、集束放出電極および抽出電極に関してさらに小さい構造を形成することもできる。図5に示される平坦型電子放出器は、概ね2μmの集束電極および抽出電極径を有する。それは1〜10μmの範囲をとることができる。集束電極は、陽極上の小さな(10〜50nm)スポット内に電子を収集する能力を提供する。集束電極を用いない場合、放出器の角度は平坦型電子放出器の場合に約±10°である。

0035

図6は本発明の一実施形態を示しており、金属層214上に配置される半導体層216が、半導体材料の外側縁部216aがその内側部分216bより厚くなるように形成される。具体的には、外側縁部216aは10〜15nmの範囲の厚みを有し、一方、中央部分216bは約5nmの厚みを有する。外側縁部上の半導体材料が厚いことにより、外側周辺部において電子ビーム放出が抑制され、一方、中央領域内の半導体材料が薄いことにより、外側周辺部の放出より高められた電子放出が実現される。これも放出器放出効率を著しく改善し、従来技術の能力以上に電子を集束する能力を改善することができる。

0036

半導体材料からなる、より厚みのある外側周辺部は図7および図8に示される処理ステップにしたがって形成される。図7は半導体層を堆積する前の処理ステップにおける本発明の別の態様による電子放出器の第2の実施形態の断面図を示す。

0037

その第2の実施形態は図1図5に関して本明細書に記載されるのと同じ特徴を多く含む。この時点では、先に図1に関して記載されたような半導体放出電極212が製造され、電極層212上に金属層214が供給される。次に、金属層214の表面上に、絶縁性酸化物材料と金属層とが交互に形成される。その後、酸化物および金属層の下側にある金属層214の直ぐ上にある領域を開口するために、マスクステップおよびパッシベーションステップが実行される。こうして、図7に示されるように、ベースとなる基板層210が存在し、その上に放出電極電子供給層212が形成され、その上に金属層214が形成される。これらのステップは、図1および図2において先に記載されたステップと一致する。次に、酸化物層218が形成されており、下側をなす金属層214が見えるようにするために一部が除去されている。次に、抽出電極220として機能する第2の金属層が形成される。抽出電極220の上には、二酸化シリコンあるいはその等価物からなる第2の絶縁層が形成される。次に、最後の金属層224が半導体絶縁層222上に形成される。再び、後続の処理ステップにおいてこれらの各層が開口され、金属層214の表面が露出される。層218〜224は順次、交互に堆積され、これらの層を通って層214に至る穴が1つのステップにおいて形成される。

0038

次に、図7に示されるように、開口した金属層214を除く全ての表面上に剥離(parting)層226が形成される。典型的にはアルミニウムあるいは別の適当な分割材料からなる剥離層226は、最初に基板の表面に対して垂直な軸を中心に基板全体を回転させ、その後、表面に対して垂直な軸に対してある角度に方向付けられる分割材料の平行なビームを生成することにより供給される。剥離層226は、金属層214の表面を除く、金属層に至る穴の構造によって陰になる表面全体を覆う。

0039

所定の場所に配置される剥離層226を用いる場合、図8の断面図に示されるように、その後、半導体材料228からなる、わずかに発散したビームが基板に向けられ、剥離層226上と、金属層214の露出した表面上とに二酸化チタンのような絶縁性半導体層が成長し、絶縁性半導体層216が形成される。そのビームは垂直な軸に対してある角度に方向付けられ、基板は堆積中にその軸を中心に回転する。剥離層226によって、残りの二酸化チタン、すなわち不要な半導体材料が、当業者によく知られている除去ステップ中に除去されるようになる。半導体材料は塗布材料からなる、わずかに発散したビーム内放散されるため、半導体基板の回転およびビームが当てられる角度によって、層216の外側周辺部は、中央部分よりも外側部分において厚く成長する。

0040

その後、ウェーハ全体が、そのウェーハに塗布された余分な半導体材料あるいは二酸化チタンとともに剥離層を除去する剥離層溶剤内に浸漬される。半導体層216は金属層214と物理的に結合するので、剥離層溶剤に耐えることができ、結果として図6に示される構造になる。この結果、中央領域に対して厚みのある外側領域を有する半導体層216が形成される。外側領域において厚みが増すことにより、これらの領域からの電子放出が抑制され、一方、半導体材料の厚みが薄いことにより電子放出がより促進されるので、中央領域の効率が高くなり、その結果、記憶媒体上へのビームの集束が改善され、したがって、図5および図6の平坦型電界放出電子放出素子で用いることが意図される大容量記憶装置の読出しおよび書込み動作中の読出しおよび書込み精度が高くなる。

0041

本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様あるいは実施を検討することから当業者には明らかになるであろう。その仕様例は典型的なものにすぎず、本発明の真の範囲および精神は併記の特許請求の範囲によって示されることが意図されている。

0042

上記の構成は本発明の原理のための応用形態の一例にすぎないことは理解されたい。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって種々の変更および代替構成考案される場合があり、併記の特許請求の範囲は、そのような変更および構成を網羅することを意図している。したがって、本発明は、現時点で本発明の最も実用的で、好ましい実施形態(複数可)であると思われるものに関連して図示され、十分に説明されてきたが、限定はしないが、サイズ、材料、形状、形態、動作の機能および態様、アセンブリならびに用途の変更を含む種々の変更が、特許請求の範囲に記載されるような本発明の原理および概念から逸脱することなくなされる場合があることは当業者には明らかであろう。以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1.平坦型電子放出素子であって、前記平坦型電子放出素子は、放出電極と、抽出電極と、前記放出電極上に形成され、前記抽出電極に電気的に接続されるショットキー金属−半導体接合を有する固体電界制御式電子放出器とを含み、前記放出電極と前記抽出電極との間に電位をかけることにより、前記ショットキー金属−半導体接合の露出された表面から電子の電界放出が生じ、前記ショットキー金属−半導体接合の半導体層は前記半導体層の内側部分よりも深さ方向において厚みのある外側周辺部を含み、それにより前記外側周辺部において電子ビーム放出を低減し、また前記放出電極と前記抽出電極との間にかけられる電界は、前記外側周辺部よりも前記内側部分において高い割合で、前記平坦型電子放出器の表面から前記抽出電極に向けて放出電子を引き寄せる平坦型電子放出素子。
2. 前記平坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極をさらに含む上項1に記載の平坦型電子放出素子。
3. 前記平坦型電子放出器は、概ね凹形の上側表面を有する上項1に記載の平坦型電子放出素子。
4. 前記平坦型電子放出器は、金属の第1の層と、前記金属の第1の層上に堆積される半導体の第2の層とを含む上項1に記載の平坦型電子放出素子。
5. 前記放出電極と前記抽出電極との間に配置される誘電体をさらに含む上項1に記載の平坦型電子放出素子。
6. 前記抽出電極と前記集束電極との間に配置される第2の誘電体をさらに含む上項2に記載の平坦型電子放出素子。
7. 前記半導体の第2の層は、バンドギャップが広い半導体を含む上項4に記載の平坦型電子放出素子。
8. 平坦型電子放出器を製造するための工程であって、放出電極層を形成すること、抽出電極層を形成すること、前記抽出電極層の少なくとも一部を除去することにより前記放出電極層を露出させること、制御された厚みの勾配が、堆積された半導体材料の中央位置から堆積された前記半導体材料の外側周辺部まで延在するように、前記放出電極上に前記半導体材料を堆積させることを含む工程。
9.記憶装置であって、少なくとも1つの記憶エリアを有する記憶媒体であって、前記記憶エリアは前記記憶エリアに格納される情報を表すために複数の状態のうちの1つをとる、該記憶媒体と、前記記憶エリアに格納される前記情報の読出しおよび書込みを行うために用いられる電子ビーム流を生成するための少なくとも1つの平坦型電子放出素子とを含み、前記平坦型電子放出素子は、放出電極と、抽出電極と、前記放出電極と前記抽出電極とに電気的に接続され、前記平坦型電子放出器の内側部分よりも、深さ方向において厚みを有する外側周辺部を有する、記憶装置。
10. 平坦型電界放出電子放出素子であって、前記電界放出電子放出素子は、放出電極と、抽出電極と、その表面からの放出電子を引き寄せるための電界を与えるために前記放出電極と前記抽出電極とに電気的に接続される平坦型電子放出器であって、前記平坦型電子放出器は、外側領域よりも中央領域において電子放出の割合が大きくなるように構成される、該平坦型電子放出器とを含む平坦型電界放出電子放出素子。

0043

本発明によれば、電界放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成されることができ、環境の影響への配慮および従来技術において典型的に必要とされる高真空環境の必要性をなくし、従来技術よりも優れた、平坦型電子放出素子の中央領域周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出器を実現することができる。

発明の効果

0044

図1平坦型電界放出電子放出素子基板と、そこに塗布される多結晶層との断面図である。
図2金属層が多結晶層上に堆積された、図1の平坦型電界放出電子放出素子の断面図である。
図3ショットキー金属−半導体障壁を形成するために金属層上に絶縁性半導体層が形成された、図2の平坦型電界放出電子放出素子の断面図である。
図4本発明による、付加的な絶縁層および金属層が形成された、図3の平坦型電界放出電子放出素子の断面図である。
図5本発明による、半導体層の表面を露出させるために開口部が形成された、完成した電界放出電子放出素子の断面図である。
図6本発明による、厚みが変化する半導体層を有する平坦型電界放出電子放出素子の断面処理図である。
図7図6の平坦型電界放出電子放出素子の製造方法および製造段階の断面処理図である。
図8図6の平坦型電界放出電子放出素子の製造方法および製造段階の断面処理図である。

図面の簡単な説明

0045

100放出器
110基板
112電極層
114,214金属層
116,216半導体層
118誘電体
120導電層(抽出電極)
122誘電体層
124 導電層(集束電極)

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