DE60024784T2

DE60024784T2 - Feldemissionsanordnung

Info

Publication number: DE60024784T2
Application number: DE60024784T
Authority: DE
Inventors: Georges Faillon; Dominique Dieumegard; Christian Brylinsky
Original assignee: Thales Electron Devices SA
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: FR2789801B1; DE60024784D1; WO2000048220A1; FR2789801A1; KR20010102067A; EP1153408A1; EP1153408B1; US6522080B1; JP2002536808A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Feldemissionskathoden (im Englischen mit "field emission array" bzw. FEA bezeichnet). Diese Kathoden werden bereits bei bestimmten Typen von experimentellen Elektronenröhren großer Leistung, wie zum Beispiel den relativistischen Magnetronen, den Vircatoren, usw., aber auch bei neuen Röhren konventionellerer Art, wie den Wanderfeldröhren für Radar- oder Telekommunikationsanwendungen verwendet.
In diesem zweiten Fall wird die Kathode von mindestens einem Netz von Spitzen gebildet, das ein Substrat aufweist, welches von einer dielektrischen Schicht mit Hohlräumen bedeckt ist, die je eine vorstehende emittierende Spitze aufnehmen, wobei ein an der Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnetes Gitter die Hohlräume zumindest zum Teil umgibt.
Um Elektronen von den Spitzen zu extrahieren, legt man eine Spannung zwischen dem Gitter und den Spitzen an. Die Elektronenemission kann dichtemoduliert werden, indem die an das Gitter angelegte Spannung moduliert wird.
Elektrisch gesehen, sind das Gitter und die Einheit aus Substrat und Spitzen, die durch die dielektrische Schicht getrennt sind, gleich einer hohen Kapazität in der Größenordnung von 10 bis 100 pF/mm², und der entsprechende Leitwert liegt in der Größenordnung von einigen zehn mS/mm² bis 10 GHz.
Wenn man etwa 80 V zwischen dem Gitter und der Einheit aus Substrat und Spitzen anlegt, kann man typischerweise einen Strom von 1 μA/Spitze extrahieren, wobei die Spitzen eine Dichte in der Größenordnung von 10⁶ bis 10⁷ pro Quadratzentimeter haben.
Bei Frequenzen von 10 bis 100 kHz ist die vom Gitter dem sie speisenden Modulator angebotene Impedanz im wesentlichen real und bleibt bei einigen zehn Ohm, was es ermöglicht, einen Modulator mit annehmbarer Leistung zu verwenden.
Die heutigen Entwicklungen betreffen den Betrieb dieser Höchstfrequenz-Feldemissionskathoden. Der Vorteil einer Elektronenröhre, die eine solche höchstfrequenzmodulierte Kathode verwendet, ist es, dass sie sehr kompakt sein kann, dass sie ohne Fokussierer gebaut werden kann, und dass ihr Wirkungsgrad hoch ist. Man kann hoffen, Röhren zu erhalten, deren Betriebsprinzip demjenigen der IOT (englische Abkürzung von Inductive Output Tube, d.h. Röhre mit induktivem Ausgang) vergleichbar ist, die aber mit sehr viel höheren Frequenzen arbeiten.
Wenn aber das Gitter höchstfrequenzmoduliert ist, wird die vom Gitter dem es speisenden Modulator angebotene Impedanz aufgrund der Reaktanz des Kondensators, die sehr gering ist (zum Beispiel 0,1 bis 1 Ω/mm² bis 10 GHz), sehr gering, was einen Modulator mit einer Bandbreite gleich derjenigen der klassischen Röhren und mit sehr hoher Leistung erfordert, um eine zufrieden stellende Stromstärke zu erhalten.
Der Modulator ist mit dem Gitter über eine Höchstfrequenzübertragungsleitung, allgemein eine Mikrostreifenleitung, verbunden. Ein anderer Grund, der eine hohe Leistung des Modulators erfordert, ist es, dass das an das Gitter angelegte Modulationssignal sich beim Übergang zwischen der Übertragungsleitung und dem Gitter reflektiert.
Zu diesem Zweck zeigt 1a in Draufsicht eine Feldemissionskathode von bekanntem Typ. Die Kathode 1 weist vier sektorförmige Netze 2 von Spitzen auf, die auf dem gleichen, elektrisch leitenden Träger 50 zusammengefasst sind. Jedes Netz weist ein mit 3 bezeichnetes leitendes Substrat und eine mit 4 bezeichnete dielektrische Schicht mit Hohlräumen 5 auf, in die emittierende Spitzen 6 eingesetzt werden, wobei über der dielektrischen Schicht ein Gitter 7 sitzt. Es wird auch auf 1b Bezug genommen.
Die Stromversorgung jedes Netzes 2 erfolgt mit Hilfe von Mikrostreifenleitungen 8, die je ein Netz 2 von Spitzen mit einem Leistungsmodulator M verbinden, der in Abstand angeordnet ist. Schematisch ist ein Modulator M pro Netz 2 von Spitzen dargestellt, aber ein einziger kann für alle ausreichen. Die Mikrostreifenleitungen 8 sind lang, sie nehmen eine sehr viel größere Fläche ein als das Netz 2 von Spitzen. Man kann den Modulator M nicht ganz nahe an den Netzen 2 von Spitzen anordnen, da er sehr viel platzraubender ist als die Netze von Spitzen.
In der beschriebenen und dargestellten Konfiguration dient der leitende Träger 50 als Leiterebene für die Mikrostreifenleitungen 8. Die Isolierung der Mikrostreifenleitungen ist mit 8.2, und das leitende Band mit 8.3 bezeichnet.
Jede Mikrostreifenleitung 8 ist elektrisch mit einem Netz 2 von Spitzen über einen Leiter 9 verbunden, der auf der einen Seite mit dem leitenden Band 8.3 und auf der anderen Seite mit dem Gitter 7 des Netzes 2 von Spitzen verbunden ist.
Die Modulatoren M müssen insbesondere deshalb ein Höchstfrequenzsignal mit starkem Pegel erzeugen, weil sie aufgrund ihrer relativ weiten Entfernung von den Netzen 2 von Spitzen mit diesen über Leitungen verbunden sind, die eine starke Reflexion auf der Seite des Gitters erzeugen, und weil in den Netzen 2 von Spitzen aufgrund des Vorhandenseins der Spitzen 6 ebenfalls Reflexionen erzeugt werden.
Je weiter man sich von der Mikrostreifenleitung 8 entfernt, indem man in das Netz 2 von Spitzen eindringt, desto schwächer wird das Signal und desto geringer wird die von den Spitzen erzeugte Stromdichte. Dies führt zu einem inhomogenen Elektronenstrahl, der für den einwandfreien Betrieb einer Elektronenröhre schädlich ist. Über 100 Mikrometer Ausbreitung im Netz 2 von Spitzen hinaus wird das Modulationssignal unwirksam.
Die den Netzen 2 von Spitzen verliehene Sektorform ermöglicht es, wenn man eine Breite von 50 bis 100 Mikrometer nicht überschreitet, die Homogenität des Strahls zu verbessern. Der Stromdichte sind aber Grenzen gesetzt, da man aufgrund des Platzbedarfs der vom Modulator M kommenden Mikrostreifenleitungen keine große Anzahl von Netzen von Spitzen nebeneinander anordnen kann, ohne die von ihnen besetzte Fläche beträchtlich zu vergrößern.
Ziel der Erfindung ist es, eine Kathode vorzuschlagen, die diese Nachteile nicht aufweist. Die vorliegende Erfindung schlägt eine höchstfrequenzmodulierbare Feldemissionskathode vor, die von mindestens einem Netz von emittierenden Spitzen gebildet wird, das Elektronen mit einer wesentlich größeren Stromdichte emittieren kann als die existierenden Feldemissionskathoden. Diese Kathode hat den Vorteil, weder einen konventionellen Leistungsmodulator zur Steuerung der Elektronenemission noch eine Übertragungsleitung auf hohem Pegel zu benötigen. Die konventionellen Modulatoren sind teuer, verbrauchen viel Strom und führen zu Problemen der Kühlung. Die Übertragungsleitungen erzeugen Probleme differentieller Phasenverzögerungen des Hochstfrequenzsignals und der Dämpfung.
Um dies zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung eine höchstfrequenzmodulierbare Feldemissionskathode, die mindestens ein Netz von emittierenden Spitzen und Mittel zur Erzeugung eines für diese Spitzen bestimmten Höchstfrequenz-Modulationssignals aufweist, wobei die Mittel zur Erzeugung des Modulationssignals mindestens ein Halbleiterelement aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impedanzanpassungs-Mikrostrip einer Länge, die mehrere Hundert Mikrometer nicht überschreitet, zwischen das Halbleiterelement und das Netz von Spitzen eingefügt ist, um das Modulationssignal vom Halbleiterelement zum Netz zu befördern.
Der Mikrostrip ist eine Leitung insbesondere vom Typ mit Mikrostreifen oder koplanar, deren leitendes Band an einem seiner Enden mit dem Netz von Spitzen und am anderen Ende mit dem Modulations-Halbleiterelement verbunden ist.
Das Modulations-Halbleiterelement ist vom Typ Transistor, insbesondere MESFET, oder vom Typ Diode.
Um die Impedanzanpassung herzustellen, kann das leitende Band des Mikrostrips in zwei Abschnitten konfiguriert sein, die über einen Kondensator miteinander verbunden sind.
Der Mikrostrip kann auch eine Vorspannungsfunktion haben und mit einer Vorspannungsquelle verbunden sein.
Mindestens ein Element, entweder das Netz von Spitzen, das Modulations-Halbleiterelement oder der Mikrostrip, ist ein diskretes Bauteil.
Mindestens zwei der aus dem Netz von Spitzen, dem Modulations-Halbleiterelement und dem Mikrostrip bestehenden Elemente sind fest mit einem elektrisch isolierenden oder halbisolierenden gemeinsamen Träger verbunden. Die beiden Elemente können auf einer Seite des Trägers montiert sein, dessen andere Seite mit einer leitenden Schicht bedeckt ist, die als Masseebene dient.
Es ist möglich, den Mikrostrip über eine Drahtverbindung mit dem Netz von Spitzen und/oder mit dem Modulations-Halbleiterelement zu verbinden.
Um Emissionsstörungen zu vermeiden, ist es aber vorteilhaft, die Drahtverbindungen in Höhe des Netzes von Spitzen zu vermeiden. Das Netz von Spitzen enthält ein elektrisch isolierendes oder halbisolierendes Substrat mit auf einer Seite einer leitenden oder halbleitenden Schicht, emittierenden Spitzen in elektrischem Kontakt mit der leitenden oder halbleitenden Schicht, einer dielektrischen Schicht, die mit Hohlräumen versehen ist, die je eine der Spitzen aufnehmen, wobei über der dielektrischen Schicht ein leitendes Gitter liegt, das die Hohlräume zumindest teilweise umgibt. Das Substrat wird von mindestens einem metallbeschichteten Loch durchquert, das dazu beiträgt, die Spitzen elektrisch mit der anderen Seite des Substrats zu verbinden. Das metallbeschichtete Loch kann sich in einem Kontakt verlängern, der auf einen geeigneten leitenden Bereich des Trägers aufgesetzt ist.
Das Substrat und die dielektrische Schicht können auch von mindestens einem metallbeschichteten Loch durchquert werden, das dazu beiträgt, das Gitter elektrisch mit der anderen Seite des Substrats zu verbinden. Man kann dann den Spitzen und/oder dem Gitter zugeordnete Drahtverbindungen weglassen.
Um eine oder mehrere Drahtverbindungen in Höhe des Modulations-Halbleiterelements wegzulassen, ist es möglich, ein Element zu verwenden, das mit einer Technik der Übertragung durch Mikrowölbungen kompatibel ist.
Der Mikrostrip kann einfach in einer in den elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Träger integrierten Form hergestellt werden, selbst wenn das Netz von Spitzen und/oder das Modulations-Halbleiterelement diskrete Bauteile sind.
Um eine kompakte und relativ kostengünstige Kathode mit Spitzenwirkung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn das Netz von Spitzen, der Mikrostrip und das Modulations-Halbleiterelement in das gleiche Halbleitersubstrat integriert sind. Vorzugsweise ist der verwendete Halbleiter halbisolierend, wie zum Beispiel Siliciumcarbid.
Der Mikrostrip kann dann ein Band aufweisen, das sich auf einer Seite verlängert, um ein Gitter des Netzes von Spitzen zu bilden, und sich auf der anderen Seite verlängert, um einen Kontakt des Modulations-Halbleiterelements zu bilden.
Es ist anzumerken, dass aus dem Patent US 5,268,648 eine Feldemissionskathode bekannt ist, bei der das Netz von Spitzen direkt auf den Drain des Steuertransistors aufgebracht ist, ohne Zwischenfügung einer Impedanzanpassungsleitung.
Anhand der nachfolgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung besser verstanden werden, und es gehen weitere Vorteile aus ihr und den beiliegenden Figuren hervor. Es zeigen:
die bereits beschriebenen 1a, 1b eine Draufsicht bzw. eine Teilschnittansicht einer bekannten Feldemissionskathode;
2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Feldemissionskathode;
die 3a, 3b Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Feldemissionskathoden, bei denen das Modulations-Halbleiterelement ein Transistor oder eine Diode ist;
die 4a bis 4e verschiedene Schritte, um das Netz von Spitzen einer erfindungsgemäßen Feldemissionskathode herzustellen;
die 5a bis 5h verschiedene Schritte, um das Modulations-Halbleiterelement einer erfindungsgemäßen Feldemissionskathode herzustellen;
die 6a, 6b Beispiele für Schaltbilder von erfindungsgemäßen Feldemissionskathoden;
die 7a bis 7d neue Beispiele von erfindungsgemäßen Kathoden, bei denen bestimmte Drahtverbindungen weggelassen wurden;
die 7a bis 7d neue Beispiele von erfindungsgemäßen Kathoden, bei denen bestimmte Drahtverbindungen weggelassen wurden;
8 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen monolithischen Feldemissionskathode.
Die verschiedenen Bauteile der erfindungsgemäßen Kathoden sind aus Klarheitsgründen nicht maßstabsgerecht dargestellt.
2 zeigt schematisch in Draufsicht eine höchstfrequenzmodulierbare Feldemissionskathode gemäß der Erfindung.
Die Kathode besitzt mindestens ein Netz R von Spitzen, das an sich klassisch ist, Mittel S, um ein Höchstfrequenzmodulationssignal zu erzeugen, das die Emission von Elektronen steuert, und Mittel L, um das Signal zum Netz R von Spitzen zu übertragen.
Erfindungsgemäß weisen die Mittel S zur Erzeugung des Höchstfrequenzmodulationssignals ein Modulations-Halbleiterelement auf, das genau neben dem Netz R von Spitzen angeordnet ist, während die Mittel, um es zum Netz R von Spitzen zu übertragen, ein kurzer Mikrostrip sind, der eine praktisch vernachlässigbare Störung einführt. Der Mikrostrip hat nicht nur die Aufgabe, eine elektrische Verbindung zwischen dem Netz von Spitzen und dem Modulations-Halbleiterelement herzustellen. Er hat auch eine Funktion der Impedanzanpassung zwischen dem Netz von Spitzen und dem Modulations-Halbleiterelement. Außerdem kann er auch mindestens eine Vorspannung leiten.
Auf diese Weise kann man auf einen üblichen platzraubenden und teuren Leistungsmodulator und auf eine Hochpegelleitung verzichten, die zu Problemen führten. Das gleiche Modulations-Halbleiterelement S kann die Emission von mehreren Netzen R von Spitzen steuern.
Die Anordnung der Netze R von Spitzen bietet eine sehr große Anzahl von Möglichkeiten. Es ist möglich, auf einer kleinen Fläche eine große Anzahl von Netzen R von Spitzen zu konzentrieren, wodurch erhöhte Stromdichten erhalten werden können. Jedes Netz R von Spitzen kann optimale Abmessungen aufweisen, damit es keine oder nur sehr wenig Störungen des Modulationssignals im Netz R von Spitzen gibt, wodurch sehr viel homogenere Elektronenstrahlen erhalten werden können als bisher. Die typischen Größen für ein solches Netz R von Spitzen liegen in der Größenordnung von 50 Mikrometer mal 300 Mikrometer. Eine Ausbreitung über eine Entfernung in der Größenordnung von 50 Mikrometer erzeugt keine merkliche Störung bis 10 GHz.
Das Modulations-Halbleiterelement S, das das Höchstfrequenzmodulationssignal liefert, kann zum Beispiel ein Transistor oder eine Diode sein. Bei einem MESFET-Transistor liegt seine Fläche in der Größenordnung von 500 Mikrometer mal 200 Mikrometer mit einem aktiven Bereich pa, der wesentlich kleiner ist, etwa 50 Mikrometer mal 200 Mikrometer. Der Mikrostrip L kann eine Länge von etwa 100 Mikrometer, sogar mehrere hundert Mikrometer haben, ohne eine merkliche Störung einzuführen.
In 3a ist im Schnitt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Feldemissionskathode dargestellt. In dieser Konfiguration sind das Netz R von Spitzen, der Mikrostrip L und das Modulations-Halbleiterelement S diskrete Bauteile und fest mit dem gleichen dielektrischen Träger 100 verbunden. In diesem Beispiel sind das Netz R von Spitzen, der Mikrostrip L und das Modulations-Halbleiterelement S je durch Löten auf einen leitenden Bereich 10R, 10L, 10S aufgebracht, der sich auf einer der Flächen des dielektrischen Trägers 100 befindet. Die Lötverbindung ist durch einen dicken schwarzen Strich dargestellt. Dieser dielektrische Träger 100 hat eine hauptsächlich mechanische Aufgabe, es kann aber vorteilhaft sein, auf seiner anderen Hauptfläche eine leitende Beschichtung 101 anzuordnen, um eine lokale Masseebene herzustellen.
Es wird angenommen, dass im beschriebenen Beispiel der Mikrostrip L eine Mikrostreifenleitung ist. Man könnte auch vorsehen, dass es eine koplanare Leitung ist, und in der Schnittansicht-Figur hätte sie das gleiche Profil. Die Mikrostreifenleitung L weist in üblicher Weise eine Leiterebene 10.1 oder Masseebene, dann eine elektrisch isolierende oder halbisolierende Schicht 12, und dann ein leitendes Band 11 auf. Die Leiterebene 10.1 ist auf den leitenden Bereich 10L des dielektrischen Trägers 100 aufgebracht. Die Leiterebene 10.1 und das leitende Band 11 können zum Beispiel aus Nickel oder aus einer Legierung auf der Basis von Titan, Gold, Platin sein. Die elektrisch isolierende oder halbisolierende Schicht 12 kann zum Beispiel aus Keramikmaterial, Siliciumdioxid oder sogar Siliciumcarbid sein.
Wie man später in den 6a, 6b sehen wird, kann das Band 11 des Mikrostrips L unterbrochen sein und von zwei Abschnitten gebildet werden, die über einen Kondensator C miteinander verbunden sind, der zum Beispiel zwischen den beiden Abschnitten aufgesetzt wird. Dieser Kondensator C trägt zur Impedanzanpassung bei.
Das Netz R von Spitzen besitzt ein elektrisch isolierendes oder halbisolierendes Substrat 13 mit auf einer Seite einer leitenden oder halbleitenden Schicht 13.1, emittierende Spitzen MP in elektrischem Kontakt mit der leitenden oder halbleitenden Schicht 13.1, eine dielektrische Schicht 14, die mit Hohlräumen 15 versehen ist, die je eine der Spitzen MP aufnehmen, wobei über der dielektrischen Schicht 14 ein leitendes Gitter G angeordnet ist, das die Hohlräume 15 zumindest teilweise umgibt. Die andere Seite des Substrats 13 ist mit einer leitenden Beschichtung 10.2 bedeckt, um es durch eine Lötverbindung fest mit dem dielektrischen Träger 100 zu verbinden.
Wenn das Substrat 13 isolierend ist, kann es zum Beispiel aus Glas, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid sein, und wenn es halbisolierend ist, kann es zum Beispiel aus Siliciumcarbid SiC sein. Die Werkstoffe des Substrats 13 werden aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe Spannungen, zum Beispiel in der Größenordnung von einigen hundert Volt, sowie hohe Temperaturen in der Größenordnung von zum Beispiel 400°C ohne Beschädigung auszuhalten, ausgewählt, wobei diese Temperaturen erreicht werden, wenn die Kathode in eine Höchstfrequenzröhre eingesetzt wird, die ofengetrocknet wird, um ein gutes Vakuum zu erhalten. Allgemein müssen alle Werkstoffe, die zur Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Kathode gehören, das Ofentrocknen aushalten können und dürfen unter Vakuum nicht entgasen.
Die dielektrische Schicht 14 kann zum Beispiel aus Siliciumdioxid SiO₂ sein, und das Gitter G und die Spitzen MP können zum Beispiel aus Molybdän sein.
Im Beispiel der 3a ist das Modulations-Halbleiterelement S ein Transistor. Genauer gesagt, handelt es sich in diesem Beispiel um einen MESFET-Transistor, aber es können selbstverständlich auch andere Typen von Transistoren verwendet werden. Er weist eine leitende Schicht 10.3 für die Lötverbindung, dann ein Substrat 16 aus einem Halbleitermaterial mit halbisolierenden Eigenschaften, dann eine Halbleiterbeschichtung 18 vom Typ N, die vorzugsweise in zwei Schichten 18.1, 18.2 hergestellt ist, wobei die Oberflächenschicht 18.1 oder Kontaktschicht N⁺-dotiert, und somit leitender als die Bodenschicht 18.2 oder aktive N-dotierte Schicht ist, und dann zwei ohmsche Kontakte, einen Drainkontakt Ds und einen Sourcekontakt Ss, und einen Schottky-Gatekontakt Gs zwischen den ohmschen Kontakten Ds, Ss auf. In diesem Beispiel ist auch eine Passivierungsschicht 21 auf der Beschichtung 18 dargestellt, sie kann zum Beispiel aus Siliciumdioxid sein.
Der Mikrostrip L ist an einem seiner Enden mit dem Modulations-Halbleiterelement S, im beschriebenen Beispiel in Höhe seines Drains Ds, an seinem anderen Ende mit dem Netz R von Spitzen, im Beispiel in Höhe des Gitters G, verbunden. Das Gitter G des Netzes von Spitzen R wird auf eine Vorspannung E1, und die Spitzen MP werden auf ein Massepotential gebracht. Die Source Ss des Modulations-Halbleiterelements S ist mit einem Massepotential verbunden, und das Gate Gs empfängt ein Höchstfrequenz-Modulationssignal HF, das vom Halbleiterelement verstärkt werden wird. Die oben beschriebenen Verbindungen können durch Drahtverbindung (bekannt unter der englischen Bezeichnung wire bonding) mit Drähten 20.1 zum Beispiel aus Gold hergestellt werden.
In 3b ist das Modulations-Halbleiterelement S nun eine Diode, sie kann zum Beispiel vom Typ Gunn oder IMPATT sein. Sie weist eine erste leitende Schicht K auf, die ihre Kathode bildet, und die auf den geeigneten leitenden Bereich 10S des dielektrischen Trägers 100 gelötet werden wird. Ihre Anode A wird von einer zweiten leitenden Schicht gebildet, und diese beiden leitenden Schichten A, K werden von einer Halbleiterschicht 30 getrennt. Ihre Kathode K ist mit Masse, und ihre Anode A ist mit einem Ende des Mikrostrips L verbunden.
In Höhe des Netzes von Spitzen R unterscheidet sich 3b von 3a dadurch, dass die elektrisch leitende oder halbleitende Schicht 13.1 durch Oberflächendotierung der halbisolierenden Schicht 13 erhalten wird, die dann aus einem Halbleitermaterial mit halbisolierenden Eigenschaften besteht, wie zum Beispiel Siliciumcarbid. Im Beispiel sind auch die Spitzen MP aus dem Halbleitermaterial mit halbisolierenden Eigenschaften hergestellt, das durch Dotierung halbleitend gemacht wurde. Die Spitzen MP hätten natürlich aus einem elektrisch leitenden Material wie Molybdän hergestellt werden können.
Der Mikrostrip L ist nun in den dielektrischen Träger 100 integriert. Sein Band 11 ist ein leitender Bereich auf dem dielektrischen Träger 100 auf der Seite, auf der das Netz R von Spitzen und das Modulations-Halbleiterelement S aufgebracht sind. Seine Masseebene wird von der leitenden Schicht 101 gebildet. Sie hat die Funktion einer strahlungsleckverhindernden Abschirmung. Man hat wieder das Band 11 in zwei Abschnitten und den Kondensator C.
Die zur Herstellung des Netzes von Spitzen R verwendeten Techniken können übliche Techniken der Halbleiterindustrie sein. Ein Ausführungsbeispiel ist in den 4a bis 4e dargestellt. Diese Figuren stellen den Fall eines diskreten Netzes von Spitzen dar, wie es in 3a gezeigt ist.
Es wird von einem elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Substrat 13 ausgegangen. In diesem Beispiel wird angenommen, dass es zum Beispiel aus Glas ist. Darauf wird eine elektrisch leitende Schicht 13.1 zum Beispiel aus Molybdän durch Vakuumaufdampfung aufgebracht. Dann wird die dielektrische Schicht 14 aufgebracht, die zum Beispiel aus Siliciumdioxid sein kann (4a).
Dann wird das Gitter G zum Beispiel aus Molybdän aufgebracht (4b). Nach einem Maskierungsvorgang, zum Beispiel durch Lithographie, wird durch chemisches Ätzen oder reaktives Ionenätzen (RIE) die leitende Gitterschicht G aufgebracht, um Öffnungen 17 zu bilden, und dann wird die dielektrische Schicht 14 aufgebracht, um die Hohlräume 15 zu bilden (4c). Die Öffnungen 17 münden in die Hohlräume 15.
Das Aufbringen der Spitzen MP zum Beispiel aus Molybdän kann durch Vakuumaufdampfen erfolgen (4d).
Durch chemisches Ätzen wird anschließend alles entfernt, was sich oberhalb des Gitters G befindet (4e), d.h. das Harz 25, das beim Maskierungsvorgang verwendet wurde, und das überschüssige Metall der Spitzen MP, das sich auf dem Harz 25 befindet und mit 26 bezeichnet ist. In 10.2 wird das Substrat 13 auf seiner der die Spitzen MP tragenden Seite entgegengesetzten Seite metallbeschichtet, um durch eine Lötverbindung zum Beispiel mit Gold das Netz R von Spitzen fest mit dem dielektrischen Träger 100 verbinden zu können. Dieser Schritt hätte vorher stattfinden können.
Der Transistor kann in bekannter Weise hergestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel ist in den 5a bis 5h dargestellt, und der erhaltene Transistor entspricht demjenigen der 3a.
Auf ein Substrat 16 aus Halbleitermaterial mit halbisolierenden Eigenschaften (zum Beispiel Siliciumcarbid) wird eine stärker leitende Beschichtung 18 aufgebracht (5a). Vorzugsweise wird diese Beschichtung 18 in zwei Schichten 18.1, 18.2 hergestellt, die an der Oberfläche befindliche und N⁺-dotierte Schicht 18.1 ist die Kontaktschicht, und die Schicht 18.2 zwischen dem Substrat 16 und der Kontaktschicht 18.1 ist die aktive Schicht und ist N-dotiert. Diese Beschichtungen zum Beispiel aus Silicium SiC oder aus Galliumnitrid GaN können durch Epitaxie, entweder flüssig (LPE), in der Dampfphase (VPE) oder durch Molekularstrahl (MBE), oder auch durch Ionenimplantierung erhalten werden.
Durch reaktives Ionenätzen bis in das Substrat 16 wird eine Platte 19 oder ebener Bereich begrenzt (5b).
Ein Einschnitt 20 wird in der Kontaktschicht 18.1 in einer mittleren Zone der Platte 19 durch reaktives Ionenätzen hergestellt (5c).
Eine Passivierungsschicht 21 wird anschließend allgemein aufgebracht (5d). Sie kann zum Beispiel aus Siliciumdioxid SiO₂ oder aus Siliciumnitrid Si₃N₄ sein.
Das Aufbringen der ohmschen Kontakte D_S und S_S erfolgt nach einem Ätzvorgang in der Passivierungsschicht 21 bis auf die Kontaktschicht 18.1, dem ein Maskierungsvorgang zum Beispiel durch Lithographie vorausgeht (5e). Die beiden im wesentlichen gleichen ohmschen Kontakte Ds und S_S werden anschließend vorzugsweise gleichzeitig durch Zerstäuben oder Verdampfen an den geätzten Stellen aufgebracht. Sie sind im Allgemeinen aus Nickel. Anschließend wird das Harz 25 entfernt, das bei dem Maskierungsvorgang verwendet wurde (5f).
Das Aufbringen des Schottky-Kontakts G_S erfolgt getrennt; auch da wird in Höhe des Ausschnitts 20 ein Ätzvorgang in der Passivierungsschicht 21 bis auf die aktive Schicht 18.2 durchgeführt, dem ein Maskierungsvorgang zum Beispiel durch Lithographie vorausgeht (5g). Der Schottky-Kontakt G_S zum Beispiel aus Titan wird durch Zerstäuben oder Verdampfen an der geätzten Stelle aufgebracht, und dann entfernt man das Harz 27, das beim Maskierungsvorgang verwendet wurde. Dann wird ein Metallbeschichtungsvorgang (Bezugszeichen 10.3) des Substrats 16 auf der Seite durchgeführt, die derjenigen entgegengesetzt liegt, die die Kontakte trägt, um das Modulations-Halbleiterelement zum Beispiel durch eine Goldlötverbindung fest mit dem dielektrischen Träger 100 verbinden zu können (5h).
In der obigen Beschreibung haben die elektrischen Verbindungen des Netzes von Spitzen R und des Modulations-Halbleiterelements S die Form von Drähten 20.1. Es kann vorteilhaft sein, die Anzahl von Drahtverbindungen zu reduzieren, sogar zu unterdrücken.
Unter dieser Annahme ist es möglich, ein Modulations-Halbleiterelement zu verwenden, das mit einer unter der englischen Bezeichnung "flip Chip" oder der französischen Bezeichnung "report par microbossages" (Übertragung durch Mikrohügel) bekannten Montage kompatibel ist. Das Netz R von Spitzen kann auch mit dieser Art von Montage kompatibel sein. Die 7a, 7b zeigen diese Konfiguration. In Höhe des Netzes von Spitzen R kann eine Drahtverbindung eine störende Einwirkung auf das Emissionsdiagramm der Elektronen haben. Eine Drahtverbindung entspricht einer Störinduktanz.
Bezüglich der Nutzfläche des dielektrischen Trägers 100 ist es möglich, sie zu reduzieren, indem bestimmte Drahtverbindungen weggelassen werden, da man auch bestimmte leitende Bereiche weglassen kann, zum Beispiel denjenigen der lokalen Masse für die Spitzen MP. Diese Oberflächenreduzierung ist vorteilhaft.
Das schematisch dargestellte Modulations-Halbleiterelement S ist vom Transistortyp. Es besitzt drei Kontaktklötze: einen Drain-Kontaktklotz pd, einen Source-Kontaktklotz ps, einen Gate-Kontaktklotz pg, die je mit einem entsprechenden Kontaktbereich des dielektrischen Trägers 100 in elektrischen Kontakt kommen. Genauer gesagt, kommt der Drain-Kontaktklotz pd mit dem Band 11 des Mikrostrips L, der Gate-Kontaktklotz pg mit einem leitenden Bereich 70, über den das zu verstärkende Modulationssignals zugeführt wird, in Kontakt, während der Source-Kontaktklotz ps mit einem leitenden Bereich 71 in Kontakt kommt, der mit der lokalen Masse über ein metallbeschichtetes Loch 72 in Kontakt kommt, das zum Beispiel den dielektrischen Träger 100 durchquert. Die Klötze pd, pg, ps haben auch eine mechanische Aufgabe des Halts des Modulations-Halbleiterelements S auf dem dielektrischen Träger 100. Die mechanische Verbindung kann durch Schmelzen zwischen den Klötzen und den leitenden Bereichen erfolgen.
Nun wird das Netz R von Spitzen ausführlicher beschrieben, bei dem ein Kontakt 74 von Spitzen MP an die Basis des Netzes entgegengesetzt zu den Spitzen rückgeführt wird. Dieses Netz R von Spitzen könnte unabhängig vom Modulations-Halbleiterelement S und vom Mikrostrip L verwendet werden. Im Beispiel der 7a findet man wieder das elektrisch isolierende oder halbisolierende Substrat 13, das von einer Seite zur anderen von mindestens einem Loch 73 durchbohrt wird. Dieses Loch mündet in Höhe der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht 13.1, die mindestens eine Spitze MP trägt. Es befindet sich im rechten Winkel vor einer Spitze MP.
Man hat wieder die dielektrische Schicht 14, die die Hohlräume 15 und das Gitter G aufweist, ohne Veränderung bezüglich der Darstellung der 3a.
Dieses Loch 73 ist innen metallbeschichtet und wird entgegengesetzt zu den Spitzen MP durch einen Kontakt 74 verlängert, der die Form eines Kontaktklotzes 740 annimmt. Es ist dieser Klotz 740, der zur elektrischen Verbindung der Spitzen MP und zur mechanischen Befestigung des Netzes von Spitzen R auf dem dielektrischen Träger 100 beiträgt. Dieser Klotz 740 steht mit einem leitenden Bereich 75 in elektrischem Kontakt, der sich auf dem dielektrischen Träger 100 befindet, wobei dieser leitende Bereich 75 in diesem Beispiel durch ein beliebiges geeignetes Mittel mit der lokalen Masse verbunden ist.
Man kann vorsehen, dass der Kontakt 74 der Spitzen nicht in Form eines leitenden Klotzes vorliegt, wie in 7b gezeigt. Bei diesem neuen Ausführungsbeispiel ist das Loch 73 in Höhe seiner Wände metallbeschichtet, wobei diese Metallbeschichtung 78 auf der Seite der Spitzen MP einen Boden bildet und entgegengesetzt zu den Spitzen mündet, indem sie einen Überstand 741 bildet, der mit einem geeigneten leitenden Bereich 75 des dielektrischen Trägers 100 in elektrischen und mechanischen Kontakt kommt. Diese Verbindung kann durch Lötverbindung erfolgen. Im Beispiel ist dieser leitende Bereich 75 mit der lokalen Masse über ein metallbeschichtetes Loch 76 verbunden, das den dielektrischen Träger 100 bis zur lokalen Masseebene 101 durchquert. Die Metallbeschichtung 76 ist nicht schraffiert, um die Figur nicht zu überladen.
Im in 7b gezeigten Beispiel sind ebenso viele Löcher 73 wie Spitzen MP dargestellt, und die elektrisch leitende oder halbleitende Schicht 13.1, die Spitzen MP trägt, ist unterbrochen und hat die Form von Plättchen, die je als Basis für eine Spitze MP dienen. In den Beispielen der 3 und 7a ist eine durchgehende Schicht 13.1 dargestellt, die einen Teppich unter den Spitzen bildet.
Die Löcher 73 müssen einen relativ kleinen Durchmesser haben, wenn die Dichte der Spitzen im Netz groß ist. Die Größenordnung ihres Durchmessers liegt unter einem Mikrometer. Die Herstellung dieser Löcher ist heikel. Um die Herstellung zu kleiner Löcher zu vermeiden, kann man die elektrisch leitende oder halbleitende Schicht 13.1, die in dieser Variante von einer Spitze zur anderen durchgehend ist, durch eine Zone 77 verlängern, die keine Spitze MP aufweist. Diese Variante ist in 7c dargestellt. Man bohrt dann ein Loch oder mehrere Löcher 79 durch das elektrisch isolierende oder halbisolierende Substrat 13, und diese Löcher können weniger klein sein als diejenigen senkrecht vor den Spitzen MP.
Die Metallbeschichtung 80 der Löcher ist ähnlich derjenigen, die für die 7a oder 7b beschrieben wurde, und der Kontakt 74 von Spitzen entgegengesetzt zu den Spitzen nimmt entweder die Form eines Klotzes oder eines Überstands an. Die elektrische Verbindung des Kontakts 74 von Spitzen kann gleich derjenigen sein, die in den 7a, 7b gezeigt ist. Die mechanische Verbindung des Netzes von Spitzen mit dem dielektrischen Träger 100 kann wie in den Beispielen der 3 erfolgen.
Ein anderer, sehr wichtiger Vorteil des Rückführens eines Kontakts von Spitzen MP zur Basis des Netzes R von Spitzen durch das elektrisch isolierende oder halbisolierende Substrat 13 hindurch ist es, dass man die Dicke des Isoliermaterials zwischen dem Gitter G und diesem Kontakt von Spitzen beträchtlich vergrößert. Dadurch wird die Gitter-Spitzen-Kapazität stark verringert. In 3a ist die zu beachtende Dicke diejenige der die Hohlräume 15 aufweisenden dielektrischen Schicht 14, während es sich in 7a um diejenige der die die Hohlräume 15 aufweisenden dielektrischen Schicht 14 und diejenige des elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Substrats 13 handelt. Die Größenordnungen der Dicken sind wie folgt: etwa 1 Mikrometer für die die Hohlräume 15 aufweisende dielektrische Schicht 14, und etwa 300 Mikrometer für das elektrisch isolierende oder halbisolierende Substrat 13. Die zum Laden der Gitter-Spitze-Kapazität notwendige Energie kann für die gleiche Elektronenemission verringert werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, die Drahtverbindungen des Gitters G wegzulassen und einen Gatekontakt 81 an die Basis des Netzes von Spitzen entgegengesetzt zum Gitter rückzuführen. 7d zeigt diese Konfiguration. Ein Loch oder mehrere Löcher 82 wurden vom Gitter bis zur Basis des Netzes von Spitzen einerseits durch die die Hohlräume 15 enthaltende dielektrische Schicht 14, und andererseits das elektrisch isolierende oder halbisolierende Substrat 13 hindurch hergestellt. Diese Löcher sind metallbeschichtet, und man sieht vor, dass die Metallbeschichtung 83 ohne elektrischen Kontakt mit der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht 13.1 ist, die die Spitzen MP trägt und dann unterbrochen sein kann. Man sieht wieder Plättchen wie in 7b.
An der Basis des Netzes R von Spitzen endet die Metallbeschichtung 83 im Kontakt 81 in Form eines Klotzes oder eines Überstands, wobei die beiden Varianten in 7d dargestellt sind.
Im Beispiel der 7d kommt einer der Kontakte 81 (derjenige in Form eines Klotzes) in mechanischen und elektrischen Kontakt mit dem Band 11 des Mikrostrips L, und der andere (derjenige in Form eines Überstands) kommt in mechanischen und elektrischen Kontakt mit einem vom dielektrischen Träger 100 getragenen und mit der Vorspannungsquelle E1 verbundenen leitenden Bereich 84.
Bezüglich der Herstellung können die Löcher durch RIE-Ätzen erhalten werden. Man kann die elektrisch leitende Schicht 13.1 und/oder das Gitter G aus Nickel herstellen, das beim Ätzen nicht angegriffen wird, wenn letzteres nach dem Aufbringen der dielektrischen Schicht 14 und des Gitters G durchgeführt wird. Die Metallbeschichtung der Löcher kann zum Beispiel in mehreren Schichten auf der Basis von Titan, Nickel, Gold durchgeführt werden. Die Klötze und die Überstände können auch aus diesen Werkstoffen sein.
Nun wird wieder auf 3a Bezug genommen. Der Mikrostrip L dient nicht nur dazu, das Modulations-Halbleiterelement S elektrisch mit dem Netz R von Spitzen zu verbinden. Er hat auch eine Anpassungsfunktion, da das Modulations-Halbleiterelement S und das Netz R von Spitzen im Allgemeinen sehr unterschiedliche Ausgangsimpedanzen haben. Die Impedanz des Halbleiterelements kann in der Größenordnung von einigen Ohm bis zu einigen zehn Ohm liegen, während diejenige des Netzes von Spitzen in der Größenordnung von einem Ohm oder einem Zehntel Ohm liegt.
Das Band 11 der Mikrostreifenleitung besitzt eine Geometrie, die zur Durchführung dieser Anpassungsfunktion zwischen dem Netz R von Spitzen und dem Modulations-Halbleiterelement S geeignet ist. Die Dicke des isolierenden Substrats 12 trägt zu dieser Anpassungsfunktion bei.
Es wird vorgesehen, dass die Dicke des Modulations-Halbleiterelements S in der gleichen Größenordnung oder etwas größer ist als diejenige des Netzes R von Spitzen, um die Extraktion der Elektronen nicht zu verhindern und ihre Bahnen nicht umzuleiten. Ein maximaler Abstand in der Größenordnung von etwa zehn Mikrometer ist akzeptabel.
Beim Betrieb der Kathode können die an das Gitter G des Netzes von Spitzen anzulegenden Spannungen so sein, dass der Mikrostrip L und ggf. das Netz R von Spitzen mit Vorspannungsquellen verbunden sind. 6a zeigt eine erfindungsgemäße Kathode in Draufsicht. Das Modulations-Halbleiterelement S ist auch hier ein MESFET-Transistor. Seine Source S_S ist an Masse gelegt, sein mit einer Vorspannungsquelle E3 verbundenes Gate G_S empfängt das Höchstfrequenzmodulationssignal HF, und sein Drain D_S ist mit einem ersten Ende des Mikrostrips L verbunden, der als Mikrostreifenleitung dargestellt ist.
Das zweite Ende des Mikrostrips L ist mit dem Gitter G des Netzes R von Spitzen verbunden. Die Geometrie des Bands des Strips L in zwei Abschnitten 11.1, 11.2, die von einem Kondensator C miteinander verbunden werden, ermöglicht die Anpassung zwischen dem Transistor S und dem Netz R von Spitzen. Die Mikrostreifenleitung L ist auf der Seite ihres ersten Endes mit einer Vorspannungsquelle E2 verbunden. Diese Vorspannung wird an den Drain D_S des Transistors S angelegt. Die Drahtverbindungen an den beiden Enden des Mikrostrips L sind mit 20.1 bezeichnet.
Die Spitzen MP des Netzes von Spitzen sind an Masse gelegt. Diese Verbindung erfolgt durch eine Verlängerung der elektrisch leitenden oder halbleitenden Schicht 13.1, ohne Abdeckung einer dielektrischen Schicht, wobei diese Verlängerung in 7c gezeigt ist.
Im beschriebenen Beispiel ist das Gitter G des Netzes R von Spitzen mit einer Vorspannungsquelle E1 verbunden.
Entkopplungsmittel C', L1, L2, L3 wurden in für einen Fachmann absolut üblichen Weise eingeführt. Zu diesem Zweck findet man einen Kondenstor C' zwischen dem Gate G_S des Transistors S und dem Eingang des Höchstfrequenzmodulationssignals HF, eine Induktanz L3 zwischen der Vorspannungsquelle E3 und dem Gate G_S des Transistors S, eine Induktanz L2 zwischen der Vorspannungsquelle E2 und der Mikrostreifenleitung L (auf der Seite des Drains D_S des Transistors S), eine Induktanz L1 zwischen der Vorspannungsquelle E1 und dem Gitter G des Netzes R von Spitzen.
In gleicher Weise stellt 6b eine erfindungsgemäße Kathode dar, bei der das Modulations-Halbleiterelement S eine Diode ist. Die einzigen Unterschiede bezüglich des Schaltbilds der 6a befinden sich in Höhe der Anschlüsse der Diode. Die Kathode K der Diode ist mit Masse, und die Anode A mit dem ersten Ende des Mikrostrips L verbunden, der auch mit der Vorspannungsquelle E2 verbunden ist. Ein Synchronisationssignal SY kann in die Anode A der Diode eingespeist werden. Das Synchronisationssignal SY kann elektrisch sein, und man setzt dann einen Entkopplungskondensator C'' zwischen die Anode A und die Ankunft des Synchronisationssignals SY. Das Synchronisationssignal könnte optisch sein, und in diesem Fall wäre das Modulations-Halbleiterelement S ein optisches Bauteil, wie zum Beispiel eine Fotodiode.
Anstatt ein Netz R von Spitzen und ein Modulations-Halbleiterelement S als diskrete Bauteile aufzuweisen, kann die erfindungsgemäße Kathode monolithisch sein.
Es wird Bezug genommen auf 8, die eine solche monolithische Kathode zeigt. Die elektrischen Verbindungen mit der lokalen Masse oder mit einer Vorspannungsquelle wurden aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt, aber sie können gemäß einem der weiter oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das Netz R von Spitzen, der Mikrostrip L und das Modulations-Halbleiterelement S sind auf das gleiche Halbleitersubstrat 200 mit halbisolierenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Siliciumcarbid, integriert. Bezüglich der Wärmeableitung ist es absolut zufrieden stellend.
Dieses gemeinsame Substrat 200 trägt auf einer seiner Hauptseiten eine leitende Schicht 201, die als lokale Masseebene dient. Auf der anderen Hauptseite werden eine Zone I für mindestens ein Netz R von Spitzen, eine Zone II für den Mikrostrip L und eine Zone III für das Modulations-Halbleiterelement S bestimmt.
In der Zone III wird das Modulations-Halbleiterelement S hergestellt, und diese Herstellung kann wie in den 5 dargestellt erfolgen, wobei das Substrat 200 dann gleich dem Substrat 16 ist.
In der Zone 2 wird das Netz R von Spitzen hergestellt, und diese Herstellung kann wie in den 4 dargestellt durchgeführt werden, wobei das Substrat 200 dann der elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Schicht 13 entspricht.
In der Zone II wird der Mikrostrip L hergestellt, und seine Struktur ist gleich der in 3b dargestellten. Das Substrat 200 entspricht praktisch demjenigen, das in 3b das Bezugszeichen 100 trägt.
Bei einer solchen Konfiguration können der Drain des Transistors, das Band des Mikrostrips und das Gitter des Netzes von Spitzen im gleichen Schritt aus dem gleichen Material hergestellt werden.
In gleicher Weise kann die Passivierungsschicht 21 des Modulations-Halbleiterelements aus dielektrischem Material sich in der Zone II erstrecken, indem sie das Substrat 200 bedeckt, und sich in der Zone I erstrecken, indem sie die die Hohlräume 15 enthaltende dielektrische Schicht bildet.
Anstatt ein Netz R von Spitzen herzustellen, das dem der 3a mit Drahtverbindungen vergleichbar ist, kann es einem der Beispiele der 7 vergleichbar sein, d.h. mit den Spitzen mit der Masseebene 201 über mindestens ein das Substrat 200 durchquerendes, metallbeschichtetes Loch verbunden.
Eine solche monolithische Feldemissionskathode ist sehr vorteilhaft, da sie kompakt ist, ihre Kosten sind bezüglich derjenigen einer Kathode mit diskreten Elementen verringert, da sie weniger Materialien verwendet, und ihre Herstellung ist weniger zeitaufwändig.

Claims

Höchstfrequenzmodulierbare Feldemissionskathode, die mindestens ein Netz (R) von emittierenden Spitzen und Mittel (S) zur Erzeugung eines für diese Spitzen bestimmten Höchstfrequenz-Modulationssignals aufweist, wobei die Mittel zur Erzeugung eines Modulationssignals mindestens ein Halbleiterelement aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impedanzanpassungs-Mikrostreifen (L) einer Länge, die mehrere Hundert Mikrometer nicht überschreitet, zwischen das Halbleiterelement und das Netz von Spitzen eingefügt ist, um das Modulationssignal vom Halbleiterelement zum Netz zu befördern.
Feldemissionskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) ein Streifen ist, der ein leitendes Band (11) aufweist, das an einem seiner Enden mit dem Netz von Spitzen (R) und am anderen Ende mit dem Modulations-Halbleiterelement (S) verbunden ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulations-Halbleiterelement (S) vom Transistor- oder Diodentyp ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) ein leitendes Band (11) in zwei Abschnitten (11.1, 11.2) aufweist, die über einen Kondensator (C) miteinander verbunden sind.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) mit einer Vorspannungsquelle (E2) verbunden ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) über eine Drahtverbindung (20.1) mit dem Modulations-Halbleiterelement (S) und/oder mit dem Netz von Spitzen (R) verbunden ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element, entweder das Netz (R) von Spitzen, das Modulations-Halbleiterelement (S) oder der Mikrostreifen (L), ein diskretes Bauteil ist.
Feldemissionskathode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Elemente, nämlich das Netz (R) von Spitzen, das Modulations-Halbleiterelement (S) oder der Mikrostreifen (L), fest mit einem gemeinsamen Träger (100) verbunden sind, der elektrisch isolierend oder halbisolierend ist.
Feldemissionskathode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elemente auf eine Seite des Trägers (100) montiert sind, dessen andere Seite mit einer leitenden Schicht (101) bedeckt ist, die als Masseebene dient.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulations-Halbleiterelement (S) mit einer Flip-Chip-Technik kompatibel ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der das Netz (R) von Spitzen ein elektrisch isolierendes oder halbisolierendes Substrat (13) aufweist, das auf einer Seite eine leitende oder halbleitende Schicht (13.1), emittierende Spitzen (MP) in elektrischem Kontakt mit der leitenden oder halbleitenden Schicht (13.1) und eine dielektrische Schicht (14) aufweist, die mit Hohlräumen (15) versehen ist, die je eine der Spitzen (MP) aufnehmen, wobei über der dielektrischen Schicht (14) ein leitendes Gitter (G) liegt, das die Hohlräume (15) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (13) von mindestens einem metallbeschichteten Loch durchquert wird, das dazu beiträgt, die Spitzen (MP) elektrisch mit der anderen Seite des elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Substrats (13) zu verbinden.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der das Netz (R) von Spitzen ein elektrisch isolierendes oder halbisolierendes Substrat (13) aufweist, das auf einer Seite eine leitende oder halbleitende Schicht (13.1), emittierende Spitzen (MP) in elektrischem Kontakt mit der leitenden oder halbleitenden Schicht (13.1) und eine dielektrische Schicht (14) aufweist, die mit Hohlräumen (15) versehen ist, die je eine der Spitzen (MP) aufnehmen, wobei über der dielektrischen Schicht (14) ein leitendes Gitter (G) liegt, das die Hohlräume (15) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (13) und die dielektrische Schicht (14) von mindestens einem metallbeschichteten Loch (82) durchquert werden, das dazu beiträgt, das Gitter (G) elektrisch mit der anderen Seite des Substrats (13) zu verbinden.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das metallbeschichtete Loch (73, 82) in einen elektrischen Kontakt (74) übergeht.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) in den elektrisch isolierenden oder halbisolierenden Träger (100) integriert ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz (R) von Spitzen, der Mikrostreifen (L) und das Modulations-Halbleiterelement (S) in ein gemeinsames Halbleitersubstrat (200) integriert sind.
Feldemissionskathode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (200) halbisolierend und zum Beispiel aus Siliciumcarbid ist.
Feldemissionskathode nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostreifen (L) ein Band aufweist, das sich auf einer Seite verlängert, um ein Gitter (G) des Netzes (R) von Spitzen zu bilden, und sich auf der anderen Seite verlängert, um einen Kontakt (D_S) des Modulations-Halbleiterelements (S) zu bilden.