專利名稱：受限型電子場致發射器件及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及微電子器件及其制造方法，特別涉及具有在包含發射體和陽極的腔室外部設置的柵電極的場致發射微電子器件。
發明的背景包括二極管、三極管和四極管的許多場致發射器件結構已被開發用于電子電路。某些場致發射器件特別適用于顯示器。在這種顯示器中，每一個象素單元使用一個或多個場致發射器件。由于其較低的制造成本和較低的復雜度、較低的功耗、較高的亮度和改進的視角范圍，因而場致發射顯示器被認為是對平板液晶顯示器的有吸引力的替換和替代產品。當今有不斷改進微電子器件結構特別是平板顯示器結構和其制造工藝的需要。符號和命名法術語“柵極”和“柵電極”可互換地用于整個說明書和所附權利要求書中，意指不是電子場致發射器件的發射體或陽極的任何電極，無論柵極將被用作控制電極還是吸收電極或執行某些其它功能。微電子器件可具有多于一個的柵極，按自然法則區分柵極可以是電獨立的或可具有施加的相關電位。
術語“橫向”一般指平行于其上形成電子器件的襯底的方向。因此，“橫向場致發射器件”指形成在襯底上并且形成有這樣的結構以便陽極沿至少平行于襯底的方向與場致發射體隔開的場致發射器件。同樣地，術語“橫向發射體”指基本上平行于橫向器件襯底的場致發射體，因而一般平行于襯底發生朝向陽極的電子發射。在相關技術中披露了由薄膜形成的這種橫向發射體的實例。
術語“襯底”指下列中的任何情況由單個材料構成的簡單基底，或由其上附加不同材料的一層或多層的基底構成的復合襯底，或這種復合襯底的上層。相關技術的描述許多場致發射器件的結構是已知的，其中大多數具有一般為Spindt型的結構，如例如美國專利3755704所述。下列美國專利描述了具有橫向場致發射體的各種場致發射器件和/或其制造方法Lambe的4728851；Lee等人的4827177；Jones等人的5144191；Cronin等人的5233263和5308439；Xie等人的5528099和5445550；Mandelman等人的5629580；和Potter的5616061、5618216、5628663、5630741、5644188、5644190、5647998、5666019、5669802、5691599、5700176和5703380。
迄今，相關技術(包括Spindt型器件和橫向發射體型器件)中的微電子場致發射器件具有柵電極，該柵電極暴露于與發射體相同的真空或填充氣體的環境，因而暴露柵電極以引導來自場致發射陰極的電流并允許從柵電極表面發生二次電子發射。
發明要解決的問題本發明消除或大大減少從電子場致發射微電子器件的發射體流到柵極的直接電流。本發明還可減少不希望的二次電子發射同時不需要引入用于抑制二次電子發射的附加電極。否則從柵電極的二次電子發射可能不利地影響利用柵電極的陽極電流控制。在各象素的至少一部分陽極由熒光體構成的顯示器中，可消除象素之間的串擾。本發明的目的和優點本發明的主要目的是提供具有減小的柵電流的微電子器件。本發明的相關的主要目標是不具有DC通路的微電子器件，該DC通路使電子通過真空或氣體環境從發射體流到柵極。相關的目標是具有被設置為可防止這種電子流動通路的絕緣部分的微電子器件。另一個相關的目標是在其真空或填充氣體的腔室內具有減少的二次電子發射的微電子器件。這樣，具體的目標是具有設置在其真空或填充氣體的腔室內的發射體和陽極以及具有與腔室相鄰但與其分開設置的柵極的電子場致發射器件。更具體的目標是在柵極與腔室之間設置有絕緣部分的這種器件。根據結合附圖閱讀下列詳細說明將明了本發明的這些和其它目的。發明的公開橫向發射體場致發射器件具有柵極，該柵極通過絕緣層與包含器件的其它部件的真空或填充氣體的環境隔開。例如在微腔室(microchamber)的外部設置柵極。設置絕緣層以便對從橫向發射體發射的電子來說不存在通過真空或填充氣體到達柵極的通路。設置在發射體與柵極之間的絕緣層最好包括具有介電常數大于1的材料。該絕緣層最好還在器件的電子能量的工作范圍內具有低的二次電子產生率。對于顯示應用來說，絕緣層最好是透明的。發射的電子被限制到包含其發射體的微腔室內。發射體電流的柵極電流成分僅由位移電流組成。該位移電流是柵極電位相對其它部件例如相對發射體的任何變化產生的結果。防止從發射體到柵極的直接電子電流。器件的陣列包括微腔室陣列，以致來自各發射體的電子電流僅可到達相同微腔室中的陽極，即使對于沒有控制電極的二極管器件也如此。制造工藝方法特別適于制造器件和這種器件的陣列。
附圖的簡要說明

圖1表示按照本發明制備的微電子器件的側剖面圖。
圖2a-2b一起表示制造微電子器件的工藝流程圖。
圖3a-3t是展示優選制造工藝步驟的結果的一系列側剖面圖。
圖4表示按照本發明制備的微電子器件的另一個實施例的側剖面圖。附圖中所用的參考標號下表確定在附圖中用參考標號和符號表示的部分10微電子器件20微腔室25微腔室20的內表面30襯底40橫向發射體45絕緣層50陽極55熒光體60柵極70可選擇的絕緣層80絕緣層90溝槽開口95損耗(sacrificial)材料100橫向發射體40的發射邊緣110 開口120 柵極層材料130 絕緣鈍化層140 栓塞或密封材料S1提供襯底S2淀積導電陽極層S3淀積熒光體S3a 構圖一層或多層陽極層S4淀積第一絕緣層S5淀積和構圖發射體層S6淀積第二絕緣層S7平面化S8構成溝槽開口
S9 用損耗材料填充溝槽開口S10平面化S11淀積第三絕緣層S12選擇工藝選項A、B或CS13開進入(access)孔S14去除損耗材料S15淀積柵極層S16構圖柵極層S17可選擇地淀積鈍化層S18開進入孔選擇工藝S19淀積柵極層S20構圖柵極層S21去除損耗材料S22淀積栓塞(密封)材料S23構圖栓塞材料S24淀積柵極層S25構圖柵極層S26開進入孔S27去除損耗材料S28提供電連接t1 橫向發射體40的厚度t2 絕緣層70的初始厚度實施發明的模式圖1表示一般用參考標號10指示的微電子器件的側剖面圖。由襯底30中的小腔室(“微腔室”)20制備的器件10具有帶發射邊緣100的橫向發射體40、陽極50和延伸到微腔室20的(可選擇的)柵極60。微腔室20具有內表面25。優選地，在橫向發射體40與陽極50之間的絕緣層45使發射體與陽極絕緣并確定它們在垂直于襯底的方向上的間隔。可選擇地，絕緣層70使發射體40與微腔室20頂部或“天花板”上的內表面25隔開。設置絕緣層80，以便對于從橫向發射體發射的電子來說，不存在到達柵極的真空或填充氣體的通路。在圖1所示的優選實施例中，絕緣層80形成微腔室20的天花板或頂部內表面25。設置在發射體40與柵極60之間的絕緣層80最好由在寬能量范圍上有低場致發射產生率和有高介電常數的材料構成。下面更詳細地說明該材料。發射的電子被限制在微腔室20中。這樣，僅由位移電流構成發射體電流的柵極電流成分。位移電流是柵極電位相對其它部件例如發射體部件等的任何改變所引起的電流。從發射體到柵極的直接電子電流為零或非常接近零。并且，絕緣層80和可選擇的絕緣層70的介電常數(電容率)大于真空的介電常數。因此，較大的介電常數與接近零的發射體-柵極電流共同使得器件的柵極控制最大化。對于顯示應用來說，陽極50的至少一部分由熒光體55構成，通過限制電子來消除象素之間的任何串擾。從一個象素的發射體發射的電子不能到達另一個相鄰或附近象素的陽極。在優選的制造工藝(以下詳細說明)特別是適于器件的制造工藝中，通過開口110穿透微腔室20的頂部，在該工藝中然后用密封材料140填充開口110。
對于顯示應用來說，為了避免遮蓋陽極表面，構圖柵極60。此外，柵極60可由諸如(但不限于此)氧化錫、氧化銦或氧化銦錫(ITO)等透明導電材料構成。提供二極管結構可獲得消除象素相互串擾的相同優點，其中對于各象素來說的二極管有限制于微腔室20的電子。制備象素單元的陣列，其中各象素單元包括具有場致發射體和陽極的這種微腔室。從各發射體發射的電子被限制于包含發射體的微腔室中。
正如根據優選制造工藝的下列詳細描述所知，陣列的基本的總工藝包括提供襯底、在襯底中或在襯底上并相互隔開地形成微腔室、在各微腔室內設置發射體、和在各微腔室內設置陽極，陽極用于接收僅從同一微腔室的發射體發射的電子，從而防止在不同微腔室的器件之間的串擾。如果包括柵電極，那么柵電極將最接近于各微腔室地設置，各柵電極與其微腔室的發射體有關。如果需要，設置絕緣體以阻擋在各發射體與其有關的柵電極之間每一個可能的通路，用于防止DC電流在發射體與其有關的柵電極之間流動。該總工藝中的形成微腔室的部分與本發明人的美國專利5700176所述的腔室形成工藝類似，該專利的整個內容在此引證供參考。優選制造工藝圖2a-2b一起表示制造微電子器件的優選工藝流程圖。圖3a-3t是展示制造工藝步驟的結果的一系列側剖面圖。附圖未按比例畫出。用參考標號S1、S2、……、S28表示工藝步驟。
優選工藝首先是提供適用的平面襯底30的步驟S1。基底可以是例如硅等半導體；例如金屬等導電體；或例如蘭寶石、玻璃、或氧化硅之類的絕緣體。如果襯底是絕緣體或在導體上的絕緣體或在半導體上的絕緣體，那么實施步驟S2在襯底30上淀積導電陽極層50(圖3a)。如果襯底是導電體，那么可省略該步驟S2。如果最后的結構將包括顯示元件，那么在陽極50的至少一部分上淀積陰極射線致發光的熒光材料55(步驟S3)。如果按陣列制造許多器件，其中各器件具有獨立的陽極50，那么步驟S3包括構圖陽極層以限定各陽極區域的附加分步驟S3a。在步驟S4中，淀積在垂直于襯底的方向上限定發射體到陽極的間隔的第一絕緣層45(圖3b)。該絕緣層45可以是例如二氧化硅(SiO2)。
下一步驟S5是淀積和構圖導電材料的薄膜發射體層以形成發射體40(圖3c)。該層最好由具有用于電子發射的低功函數的導電材料構成，例如鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢或其組合物或合金的難熔過渡元素。淀積諸如SiO2之類的第二絕緣層70(步驟S6)至等于或大于發射體厚度t1的厚度t2(圖3d)。如果需要，例如通過化學機械平面化(CMP)使該絕緣層70平面化(步驟S7)。
在步驟S8中，通過各層但不完全通過陽極層向下腐蝕，構成溝槽開口90(圖3e)。例如通過反應離子腐蝕可形成該溝槽。各向同性腐蝕和/或各向異性腐蝕的組合最好用于產生在發射體40上具有期望邊緣圖形的預定發射邊緣100。最好在形成溝槽開口90的同時形成發射邊緣100，但也可以在形成開口之后進行。選擇不同的腐蝕工藝，以便比起開口90的側壁來說，橫向發射體40的材料被較少地腐蝕。這保留超細小的突出的發射尖端邊緣100。可使用的其它可能的腐蝕工藝是化學或電化學腐蝕、不同的電解法拋光或不同的消蝕。
在步驟S9，用適當的損耗材料95填充溝槽開口90(圖3f)。損耗材料可以是諸如光刻膠材料(優選)之類的有機聚合物，或諸如聚對二甲苯或聚酰亞胺之類的另外的聚合物材料。通過化學機械平面化(CMP)或其它適當的方法使所獲得的表面平面化(步驟S10)(圖3g)，從絕緣層70去除任何損耗材料95并提供用于淀積下一層的光滑平面。淀積絕緣層80(在步驟S11)，覆蓋損耗材料95和周圍表面(圖3h)。該層80是設置于發射體40與柵極60之間的層，如參照下列圖31、3n和3s所示。層80的厚度應該足以支撐柵極60和承受在微腔室內體積與器件周圍環境之間的任何壓力差。絕緣層80的總厚度約為50nm或以上一般來說是合適的。在制造工藝完成時，絕緣層80的底表面將形成微腔室20的天花板內表面25。該層最好應該有在寬的能量范圍上的低二次電子產生率，該能量范圍包括在正常工作中電子將從發射體40發射的能量工作范圍。氮化硅、玻璃、氧化硅、氧化鋁、碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)、二硼化釩(VB2)、二硼化鈦(TiB2)、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇或氧化鉭是用于絕緣層80的適用絕緣材料。絕緣層80最好還具有高介電常數。特別高介電常數絕緣體的實例是氧化鉭、鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鍶鋇。
這里中斷優選工藝的詳細描述，以說明圖4所示的另一個實施例。絕緣層80可以包括兩層或多層(圖4中所示的85和86)，例如高介電常數層85和覆蓋在其內表面上的具有低二次電子產生率的絕緣體薄層86。選擇材料和其淀積順序，以便至少相對第二層具有較高介電常數的第一層85(最好最后淀積)在遠離微腔室內壁的一側面上，至少相對第一層具有較低介電常數的第二層86(最好先淀積)形成微腔室內表面25的至少一部分。具有高介電常數的材料最好有約大于4的介電常數。具有二次電子發射的低產生率的材料最好對于在器件的電子能量工作范圍內(即在器件正常工作期間產生的電子能量范圍內)的入射電子具有低于1的二次電子產生率。因其它原因，在相對低的陽極電壓例如低于300V或甚至低于10V下操作場致發射器件是有利的。這樣，電子能量的工作范圍將經常從零到低于300電子伏或甚至低于10電子伏。兩層復合絕緣層80的實例具有厚度約為100nm的鈦酸鋇鍶的高介電常數層85和厚度約為10nm的Tib2的低二次電子產生率層86，后者形成在微腔室20的天花板的內表面25。理想的是，用相同的材料提供相對高的介電常數和相對低的二次電子產生率這兩個性能，以便絕緣層80可由單層構成，從而簡化制造工藝。絕緣層45和70可以有與絕緣層80相同的絕緣材料。
在優選制造工藝中的該階段，可利用對于各種應用來說是優選的各種工藝選項。被表示為A、B和C并在選擇步驟S12中選擇的這些工藝選項如接續圖2a流程圖的圖2b的流程圖中的局部平行的通路所示。
按工藝選項A，通過絕緣層70向下到達損耗材料95(圖3i)腐蝕進入孔110(步驟S13)。在步驟S14，通過進入孔110去除損耗材料95(圖3j)。這最好通過用適當的溶劑分解損耗材料95和通過去除溶液來進行，如果需要在去除溶液之后還要進行漂洗和干燥。用于優選光刻膠損耗材料的適當溶劑在本領域中是眾所周知的。損耗材料95的去除還可以通過例如使用氧等離子體腐蝕，和在抽真空過程中去除損耗材料95的腐蝕產物來實施。在步驟S15中，在高真空條件下淀積(例如通過蒸發)導電材料層，形成柵極層120(圖3k)。該柵極層材料120堵塞進入孔110(形成密封材料140)，從而密封微腔室20。在步驟S16，構圖柵極層，形成柵極60并去除不需要的材料，同時保留在進入孔110中的密封材料140。對于非顯示器件，柵極60可由適當的金屬形成。對于顯示器件，柵極60最好由透明導電體例如氧化錫、氧化銦或氧化銦錫(ITO)形成。如果希望附加鈍化層，那么在步驟S17中淀積另一個絕緣層130(圖31)，完成工藝選項A。
按工藝選項B，進行步驟S18，如步驟S13那樣(圖3i)，通過絕緣層70向下到達損耗材料95腐蝕進入孔110。在步驟S19，如步驟S15那樣(圖3m)淀積柵極層120。在步驟S20，如步驟S16那樣(圖3n)構圖柵極層120(去除不需要的材料)。在步驟S21，通過進入孔110去除損耗材料95(圖3o)。在步驟S22，淀積栓塞材料140(例如通過蒸發)，填充進入孔110(圖3p)。如果需要，栓塞材料140可包括吸氣材料，用于吸收殘留或稍后從微腔室20內部產生的氣體。在步驟S23，構圖栓塞材料140和去除不需要的材料，同時保留至少堵塞進入孔110的材料140(圖3q)，完成工藝選項B。正如在工藝選項A那樣，如果需要，淀積附加的鈍化層130(步驟S17，圖31)。
按工藝選項C，如在步驟S15或S19中那樣(圖3r)，淀積柵極層120(步驟S24)。在步驟S25，構圖柵極層120(圖3s)。通過絕緣層80向下到達損耗材料95腐蝕進入孔110(圖3t)(步驟S26)。在步驟S27，通過進入孔110去除損耗材料95，正如在步驟S14或S21中那樣(圖3o)。工藝選項C以工藝選項B中那樣的步驟S22(圖3p)和步驟S23(圖31)，和工藝選項A和B中那樣的步驟S17(可選地)來結束。
在形成圖1的器件結構中，器件工作需要一裝置，該裝置對電極提供適當電偏置電壓，足以引起電子按場致發射器件的常規方式從發射體發射到陽極。這樣，完成的器件具有諸如布線和通路之類的導電接觸，允許適當的電源和控制電壓從外部連接到器件。在本文中參考引證的Potter的專利中描述了這種導電接觸的結構。如圖2b中所示，步驟S28是提供這種需要導電電連接的步驟。工業應用本發明用于制造場致發射器件，由于陣列中的各器件可具有分開的微腔室，該微腔室包含發射體和僅響應來自自己的發射體的電子的陰極射線致發光的陽極，因而本發明特別適用于由場致發射器件的陣列構成的場致發射顯示器。如果制備有通過絕緣層與各微腔室分開的柵電極，那么各微腔室器件具有改進的性能。優選的制造工藝特別適于在這種陣列中同時制造許多器件。并且同樣地被隔離的柵電極(未示出)，還可被用于在多柵器件中提供兩個或多個柵電極。
盡管在附圖和前述詳細描述中已展示了本發明的特定實施例，但應該理解，本發明并不限于本說明書中所述的特定實施例。顯然，根據前述說明，本發明可進行與所述的特定模式不同的各種改變和改進。例如，可改變實施工藝步驟的順序，可替換功能上等效的材料。對于另一個實例，用建立圍繞腔室體積的壁的附加工藝來代替在襯底中形成凹腔的所述有吸引力的工藝，由此形成微腔室。所附權利要求書欲包括所有這樣的改變。因此，本發明的范圍不是由所展示的實施例而是由所附權利要求書和其合法的等效來確定。
權利要求
1．一種微電子場致發射器件，具有設置于腔室中的發射體和陽極、柵電極和絕緣膜，所述器件的特征在于設置所述絕緣膜以防止在所述發射體和所述柵電極之間流過DC電流。
2．一種微電子場致發射器件，具有設置于腔室中的發射體和陽極，該器件還包括柵電極和絕緣膜，設置所述絕緣膜以防止在所述發射體和所述柵電極之間流過DC電流。
3．一種微電子場致發射器件，包括a)襯底；b)與所述襯底鄰接的腔室；c)在所述腔室內的發射體，所述發射體平行于所述襯底設置；d)在所述腔室內的陽極，設置所述陽極以接收從所述發射體發射的電子；e)柵電極；f)對所述發射體、所述柵電極和所述陽極施加偏置電壓的裝置，該偏置電壓足以引起從所述發射體到所述陽極的電子場致發射；和g)絕緣膜，設置所述絕緣膜以防止在所述發射體和所述柵電極之間流過DC電流。
4．如權利要求1所述的微電子器件，其中在所述柵電極與所述腔室之間設置所述絕緣膜。
5．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述絕緣膜包括對于工作范圍內的入射電子能量其二次電子發射的產生率低于1的材料。
6．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述絕緣膜包括具有約大于4的介電常數的材料。
7．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述絕緣膜包括第一層和第二層，其中ⅰ)所述第一層是選擇的相對于所述第二層有較高介電常數的材料，和ⅱ)所述第二層是選擇的相對于所述第一層有較低二次電子產生率的材料，設置所述第二層以形成所述腔室的內表面。
8．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述絕緣膜包括從由氮化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化鎢、二硼化釩、二硼化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇和氧化鉭組成的組中選擇的物質。
9．如權利要求1所述的微電子器件，包括多個所述柵電極。
10．如權利要求1所述的微電子器件，還包括向所述柵電極施加控制信號的裝置。
11．如權利要求1所述的微電子器件，還包括向所述柵電極施加抽取電壓的裝置。
12．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述絕緣膜是透明的。
13．如權利要求1所述的微電子器件，所述腔室具有內表面，其中所述絕緣膜設置在所述腔室的所述內表面和所述柵電極之間。
14．如權利要求1所述的微電子器件，所述腔室具有內表面，其中所述絕緣膜形成所述腔室的所述內表面的至少一部分。
15．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述陽極包括用于形成顯示器件的熒光體。
16．如權利要求1所述的微電子器件，其中所述柵電極包括透明導電材料。
17．如權利要求3所述的微電子器件，還包括多個柵電極。
18．如權利要求7所述的微電子器件，其中所述第一層具有大于4的介電常數，所述第二層對于工作范圍內的入射電子能量具有低于1的二次電子發射的產生率。
19．一種微電子場致發射器件，包括a)發射電子的發射體，所述發射體設置在封閉的腔室內；b)設置在所述封閉腔室內用于接收從所述發射體發射的所述電子的陽極；c)柵電極；和d)絕緣體，設置所述絕緣體以阻塞在所述發射體和所述柵電極之間每一種可能的通路，防止在所述發射體和所述柵電極之間流過DC電流。
20．如權利要求19所述的微電子器件，其中所述封閉的腔室具有內表面，和所述絕緣體形成所述腔室的所述內表面的至少一部分。
21．一種微電子場致發射器件，包括a)襯底；b)與所述襯底鄰接的腔室，所述腔室有內表面；c)在所述腔室內的發射體，所述發射體平行于所述襯底設置；d)在所述腔室內的陽極，設置所述陽極以接收從所述發射體發射的電子；e)設置在所述腔室的所述內表面外的至少一個柵電極；f)對所述發射體和所述陽極、和可選地對所述至少一個柵電極施加偏置電壓的裝置，該偏置電壓足以引起從所述發射體到所述陽極的電子場致發射；和g)對所述至少一個柵電極施加控制信號的裝置，與所述至少一個柵電極鄰接的所述腔室的所述內表面的至少一部分包括絕緣材料，當施加所述偏置電壓和施加所述控制信號時，所述絕緣材料防止在所述發射體和所述至少一個柵電極之間流過DC電流。
22．如權利要求21所述的微電子器件，其中所述陽極包括用于形成顯示器件的熒光體。
23．如權利要求21所述的微電子器件，其中所述柵電極包括透明導電材料。
24．如權利要求21所述的微電子器件，其中所述絕緣材料包括從由氮化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化鎢、二硼化釩、二硼化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇和氧化鉭組成的組中選擇的物質。
25．如權利要求21所述的微電子器件，其中所述透明導電材料是選自由氧化錫、氧化銦和氧化銦錫構成的列表中。
26．一種微電子場致發射器件，包括a)氧化硅襯底；b)與所述襯底鄰接的腔室，所述腔室有內表面；c)在所述腔室內的發射體，所述發射體包括具有發射邊緣的導電材料構成的薄膜，所述發射體與所述襯底平行地設置；d)在所述腔室內的陽極，所述陽極包括導電材料，所述陽極包括陰極射線致發光的熒光體，設置所述陽極以接收從所述發射體的所述發射邊緣發射的電子和從所述腔室射出光；e)至少一個柵電極，所述至少一個柵電極包括透明導電體，并且所述至少一個柵電極設置在所述腔室的所述內表面外；f)對所述發射體和所述陽極、和可選地對所述至少一個柵電極施加偏置電壓的裝置，所述偏置電壓足以引起用于激勵所述熒光體發光的從所述發射體到所述陽極的電子場致發射；和g)對所述至少一個柵電極施加控制信號的裝置，所述腔室的所述內表面的至少一部分包括絕緣材料，當施加所述偏置電壓和施加所述控制信號時，所述絕緣材料防止在所述發射體和所述至少一個柵電極之間流過DC電流。
27．一種微電子場致發射器件的陣列，所述陣列包括a)襯底；b)腔室陣列，各腔室與所述襯底鄰接；c)在所述腔室陣列的各腔室內的發射體；d)在所述腔室陣列的各腔室內的陽極，設置各所述陽極以接收僅從相同腔室的發射體發射的電子；e)對所述發射體和所述陽極施加偏置電壓的裝置，該偏置電壓足以引起從所述發射體到所述陽極的電子場致發射。
28．如權利要求27所述的微電子器件陣列，所述腔室陣列的各腔室具有內表面，所述陣列還包括f)與所述腔室陣列的各腔室有關的柵電極，各所述柵電極最接近于其有關的腔室設置并在其有關腔室的所述內表面之外，和g)對各所述柵電極施加用于控制所述電子的控制信號的裝置。
29．如權利要求27所述的微電子器件陣列，其中各所述柵電極通過絕緣膜與其有關腔室的所述內表面隔開，設置所述絕緣膜以防止在所述有關腔室內的所述發射體與所述柵電極之間流過DC電流。
30．一種制造微電子場致發射器件的工藝方法，包括下列步驟a)提供襯底；b)形成與所述襯底鄰接并相互隔開的多個腔室；c)在所述多個腔室的各腔室內設置用于發射電子的發射體；d)在所述多個腔室的各腔室內設置陽極，所述陽極僅接收從相同腔室的所述發射體發射的所述電子。
31．如權利要求30所述的制造工藝方法，還包括步驟e)最接近于所述多個腔室的各腔室設置柵電極，各所述柵電極與其最接近腔室的發射體有關。
32．如權利要求31所述的制造工藝方法，還包括步驟f)設置絕緣體以阻塞在各所述發射體與其有關柵電極之間的每一條可能的通路，防止在所述發射體和所述與其有關柵電極之間流過DC電流。
33．一種制造微電子場致發射器件的工藝方法，包括下列步驟a)提供襯底；b)如果需要，在所述襯底上設置導電陽極；c)設置第一絕緣層；d)與所述襯底平行地設置和構圖發射體層；e)形成用于腔室的第一開口，所述第一開口穿過所述第一絕緣層延伸；f)用損耗材料填充所述第一開口；g)在所述損耗材料上設置第二絕緣層；h)在所述第二絕緣層中形成第二開口；i)去除所述損耗材料；j)封閉所述第二開口以形成封閉的腔室，和k)設置和構圖導電柵電極層，形成與所述發射體和所述陽極隔開的柵電極，所述柵電極通過所述第二絕緣層與所述發射體分開。
34．如權利要求33所述的制造工藝方法，還包括步驟1)在至少所述導電柵電極層上設置鈍化層。
35．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述提供襯底的步驟(a)包括提供硅襯底。
36．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述提供襯底的步驟(a)包括提供氧化硅襯底。
37．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置導電陽極的步驟(b)包括淀積金屬膜。
38．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置導電陽極的步驟(b)包括設置陰極射線致發光的熒光體層。
39．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置第一絕緣層的步驟(c)包括設置氧化硅膜。
40．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置和構圖發射體層的步驟(d)包括設置和構圖難熔金屬膜。
41．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第一開口的步驟(e)包括分步驟ⅰ)各向異性腐蝕，和ⅱ)各向同性腐蝕，以形成期望的發射體邊緣并同時形成所述第一開口。
42．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第一開口的步驟(e)包括反應離子腐蝕。
43．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第一開口的步驟(e)包括等離子體腐蝕。
44．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第一開口的步驟(e)包括濕式腐蝕。
45．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述填充第一開口的步驟(f)包括用有機聚合物損耗材料填充所述第一開口。
46．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置第二絕緣層的步驟(g)包括設置從由氮化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化鎢、二硼化釩、二硼化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇和氧化鉭組成的組中選擇的物質。
47．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置第二絕緣層的步驟(g)包括ⅰ)設置第一絕緣子層，和ⅱ)在所述第一絕緣子層上設置第二絕緣子層，相對所述第二絕緣層，所述第一絕緣子層具有較低的二次電子產生率，和相對所述第一絕緣層，所述第二絕緣子層具有較高的介電常數。
48．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第二開口的步驟(h)包括濕式腐蝕。
49．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述形成第二開口的步驟(h)包括反應離子腐蝕。
50．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述去除損耗材料的步驟(i)包括氧等離子體腐蝕。
51．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述封閉第二開口的步驟(j)包括將吸氣材料淀積到所述第二開口中。
52．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述封閉第二開口的步驟(j)包括從由氮化硅、氧化鋁、碳化鈦、碳化鎢、二硼化釩、二硼化鈦、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇和氧化鉭組成的組中選擇淀積到所述第二開口的物質。
53．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置和構圖導電柵電極層的步驟(k)包括淀積和構圖透明導電膜。
54．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述設置和構圖發射體層的步驟(d)包括設置和構圖從由鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢或其組合物和其合金構成的列表中選擇的難熔金屬膜。
55．如權利要求33所述的制造工藝方法，其中所述填充第一開口的步驟(f)包括用光刻膠損耗材料填充所述第一開口。
56．如權利要求51所述的制造工藝方法，其中所述封閉第二開口的步驟(j)包括將從由鋁、鋇、鈹、鈣、鈰、銅、鈷、鐵、鑭系元素、鎂、混合稀土、鎳、鈀、釷、鈾、鋅、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢和其合金、其組合物和其混合物構成的列表中選擇的吸氣材料淀積到所述第二開口中。
全文摘要
橫向發射體場致發射器件(10)具有柵極(60),該柵極通過絕緣層(80)與包含器件(10)的其它部件的真空或填充氣體的微腔室環境(20)隔開。例如在微腔室(20)的外部設置柵極(60)。設置絕緣層(80)以便對從橫向發射體(40,100)發射的電子來說不存在通過真空或填充氣體到達柵極的通路。設置在發射體與柵極之間的絕緣層(70,80)最好包括具有介電常數大于1的材料。該絕緣層最好還在器件的電子能量工作范圍內具有低二次電子產生率。對于顯示應用來說,絕緣層最好是透明的。發射的電子被限制到包含發射體(100)的微腔室(20)內。發射體電流的柵極電流成分僅由位移電流組成。該位移電流是柵極電位相對其它部件例如相對發射體的任何變化的結果。防止從發射體到柵極的直接電子電流。器件的陣列包括微腔室陣列,以致來自各發射體(100)的電子電流僅可到達相同微腔室中的陽極(50,55),即使對于沒有柵電極(60)的二極管器件也如此。制造工藝方法(S1－S28)特別適于制造器件和這種器件的陣列。
文檔編號H01J9/02GK1287679SQ99801823
公開日2001年3月14日 申請日期1999年2月6日 優先權日1998年2月9日
發明者邁克爾D·波特 申請人:先進圖像技術公司