DE69513581T2

DE69513581T2 - Bogen-Unterdrückungsvorrichtung für eine Feldemissionsvorrichtung

Info

Publication number: DE69513581T2
Application number: DE69513581T
Authority: DE
Inventors: Dean Barker; Lawrence N. Dworsky; James E. Jaskie
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: JPH08102248A; TW337587B; US5606215A; DE69513581D1; EP0696042A1; KR960008958A; EP0696042B1; KR100371628B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich Elektronemissionsvorrichtungen und insbesondere eine neue Bogen-Unterdrückungsvorrichtung für Feldemissionsvorrichtungen.
Feldemissionsvorrichtungen (FEDs) sind im Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise für einen großen Bereich von Anwendungen, beinhaltend Bildanzeigevorrichtungen, verwendet. Ein Beispiel eines FEDs wird in dem US Patent-Nr. 5,142,184, das für Robert C. Kane am 25.08.1992 erteilt wurde, ausgeführt. Frühere FEDs weisen üblicherweise eine Kathode oder einen Emitter auf, der so ausgeführt ist, daß er Elektronen emittieren kann, die von einer distal angeordneten Anode angezogen werden. Ein Spannungsdifferential wird zwi schen dem Emitter und einem Absauggitter oder Extraktionsgitter oder -gate erzeugt, um die Elektronenemission von dem Emitter zu vereinfachen. Häufig geschehen hierbei Funken- oder Elektrodenüberschläge oder Durchschläge zwischen dem Emitter und dem Gate, was zu einem starken Stromfluß durch den Emitter führt. Der Durchschlag kann u. a. von einem ineffizientem Vakuum oder einem unzureichenden Abstand zwischen dem Emitter und dem Gate herrühren. Der Durchschlag beschädigt oder zerstört grundsätzlich den Emitter.
Es ist demgemäß wünschenswert, eine Feldemissionsvorrichtung vorzusehen, die ein Beschädigen des Emitters während des Durchschlags zwischen dem Emitter und dem Gate verhindert und die im wesentlichen Durchschläge zwischen dem Emitter und dem Gate verhindert. Die EP-A-0 461 990 offenbart eine derartige Vorrichtung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur stellt einen vergrößerten Querschnitt eines Teils einer Feldemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur stellt einen vergrößerten Querschnitt eines Teils einer Feldemissionsvorrichtung (FED) 10 dar, die einen netten Emitter zu der Gate-Durchschlags-Unterdrückungs Anordnung aufweist. Die Vorrichtung 10 beinhaltet ein Substrat 11, auf dem andere Teile der Vorrichtung 10 gebildet sind. Das Substrat 11 ist typischerweise ein isolierendes oder halb isolierendes Material, beispielsweise Glas oder ein Siliziumwafer mit einer Schicht Siliziumoxid. Ein Kathodenleiter 13 ist grundsätzlich auf dem Substrat 11 und ist so ausgestaltet, um einen elektrischen Kontakt zu einer Kathode oder einem Emitter 14 herzustellen. Der Leiter 13 wird üblicherweise benutzt, um eine Mehrzahl von Emittern in einer Reihen- bzw. Spaltenkonfiguration zu verbinden. Derartige Spaltenkonfigurationen sind Fachleuten bekannt. Der Emitter 14 emittiert Elektronen, die von einer Anode 16 angezogen werden, die distal oder beabstandet vom Emitter 14 angeordnet ist. Der Raum zwischen dem Emitter 14 und der Anode 16 ist grundsätzlich evakuiert, um ein Vakuum zu bilden. Ein erstes Dielektrikum oder ein erster Isolator 12 ist auf dem Substrat 11 gebildet und auch auf einem Teil des Leiters 13, um den Emitter 14 und den Leiter 13 von einem Extraktionsgitter oder Gate 17, das auf dem Isolator 12 gebildet ist, elektrisch zu isolieren. Das Gate 17 ist typischerweise ein leitfähiges Material, das eine Emissionsöffnung 22 aufweist, die im wesentlichen zum Emitter 14 zentriert ist, so daß Elektronen durch das Gate 17 passieren können. Typischerweise wird die Elektronenemission von dem Emitter 14 durch Erzeugen eines Spannungsdifferentials zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 angeregt. Ein Spannungsdifferential von ungefähr 10 Volt bis 100 Volt wird grundsätzlich angewendet, um die Elektronenemission anzuregen.
Bei FEDs gemäß des Standes der Technik entsteht der Durchschlag zwischen dem Emitter und dem Gate, wenn der Emitter ausreichend nahe zu dem Gate angeordnet ist, so daß das Spannungsdifferential die Durchschlagsspannung des Raumes zwischen dem Emitter und dem Gate übersteigt. Ferner kann die Durchschlagsspannung kleiner sein als das Spannungsdifferential, wenn der Raum zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 kein ausreichendes Vakuum aufweist, wodurch ein Durchschlag oder ein Überschlag zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 hervorgerufen wird.
Um zu verhindern, daß Durchschläge und Überschlägge den Emitter 14 beschädigen, wird eine Widerstandsschicht 18 auf eine innere Oberfläche 23 der Öffnung 22 und auf eine obere Oberfläche des Gates 17 aufgebracht. Obwohl dieses nicht dargestellt ist, kann die Schicht 18 auch einen Teil der unteren Oberfläche des Gates 17 bedecken. Das Material, das für die Schicht 18 benutzt wird und die Dicke der Schicht 18 ist ausreichend, um einen Widerstand vorzusehen, der den Stromfluß zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 auf einen Wert begrenzt, der nicht den Emitter 14 beschädigt. Jedes aus einer Vielzahl von Widerstandsmaterialien, die im Stand der Technik dem Fachmann bekannt sind, können für die Schicht 18 angewendet werden. Beispiele derartiger Materialien beinhalten amorphes Silizium, siliziumreiches Siliziumoxid und diamantartigen Kohlenstoff oder diamantartige Kohle. In dieser Beschreibung bedeutet "diamantartiger Kohlenstoff" Kohlenstoff oder Kohle, in der die Bindung durch Kohlenstoffatome gebildet wird, die grundsätzlich in der bekannten Diamantstruktur gebunden sind, die üblicherweise als eine Fülle bzw. ein Übermaß von sp³-tetraedischen Bindungen oder Tetraederbindungen bezeichnet wird und beinhaltet Diamant genauso wie andere Materialien, die die Diamantbindung beinhalten. Außerdem können Metalle auch angewendet werden und dann oxidiert werden, um die Schicht 18 zu bilden, wobei der oxidierte Teil die Schicht 18 bildet. Beispielsweise können Molybdän, Tantal oder Aluminium angewendet werden und dann oxidiert werden, um Molybdänoxid (Mo&sub2;O&sub3;), Tantaloxid (TaO&sub2;) oder Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) jeweils entsprechend zu bilden.
Bevorzugterweise stellt der Teil der Schicht 18, der auf der Oberfläche 23 angeordnet ist einen Widerstand von wenigstens ungefähr einem Megaohm (Mn) zum Gate 17 zur Verfügung, d. h. von der Außenoberfläche der Schicht 18 durch die Schicht 18 zum Gate 17. Es wurde herausgefunden, daß ein derartiger Widerstand den Stromfluß zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 auf einen Wert begrenzt, der den Emitter 14 nicht beschädigt. Die Dicke und der spezifische Widerstand der Schicht 18 werden grundsätzlich derart ausgewählt, um einen derartigen Widerstand zur Verfügung zu stellen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schicht ein siliziumreiches Siliziumoxid mit einer Dicke von wenigstens ungefähr 0,1 um und einem spezifischen Widerstand von wenigstens 100 Ohmcentimeter (ncm). Grundsätzlich ist die Dicke der Schicht 18 wenigstens 0,01 um und kann 1,0 um oder dicker sein; es ist allerdings wichtig, daß die Öffnung 22 ausreichend groß bleibt, um es zu ermöglichen, daß Elektronen von dem Emitter 14 emittiert werden und die Anode 16 treffen.
Außerdem kann ein Teil der Widerstandsschicht 18 zwischen dem Gate 17 und einem Reihenleiter oder Zeilenleiter (row conductor) oder Gateleiter 21, der angewendet wird, um eine elektrische Verbindung zum Gate 17 zur Verfügung zu stellen, angeordnet sein. Der Teil der Widerstandsschicht 18 zwischen dem Leiter 21 und dem Gate 17 fungiert als ein Serienwiderstand, der den Stromfluß von dem Leiter 21 zum Gate 17 beschränkt. Durch Anordnen eines derartigen Serienwiderstands zwischen dem Leiter 21 und dem Gate 17 wird die Verlustleitung, verglichen zu Ausführungen gemäß des Standes der Technik, die einen Serienwiderstand zwischen einem Emitter und einer externen Energieversorgungsquelle bzw. externen Spannungsquelle anwenden, verringert. Die Verwendung eines Teils der Schicht 18 als ein Serienwiderstand ist eine optionale Ausführungsform, die den Vorteil der niedrigen Verlustleitung zur Benutzung der Schicht 18 zur Verfügung stellt. Außerdem wird eine dielektrische Schicht 19 über der Widerstandsschicht 18 angeordnet, um den Widerstand zwischen dem Gate 17 und dem Emitter 14 weiter zu erhöhen. Es sollte allerdings bemerkt werden, daß Isolatoren einen Ladungsaufbau entwickeln bzw. eine Ladungserhöhung entwickeln, die eventuell in einem destruktiven Funkenüberschlag oder Bogendurchschlag zwischen dem Isolator und dem Emitter 14 resultiert. Aus diesem Grunde muß die Dicke der Schicht 19 ausreichend dünn sein, um einen hohen Widerstandsweg zwischen dem Emitter 14 und dem Gate 17 aufrechtzuerhalten. Dieser hohe Widerstandsweg oder -pfad ermöglicht es, daß der Ladungsaufbau oder die Ladungsanreicherung durch den Widerstandspfad abgeleitet wird, wodurch ein destruktiver Bogen verhindert wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schicht 19 weniger als 0,03 um dick.
Es sollte nun anerkannt werden, daß eine Feldemissionsvorrichtung mit einer neuen Bogen-Unterdrückungsvorrichtung oder Durchschlags-Unterdrückungsanordnung zur Verfügung gestellt wird. Durch Anwendung eines Materials mit hohem Widerstand auf der Innenseite der Emissionsöffnung eines Gates der Feldemissionsvorrichtung wird der Emitter geschützt. Aufgrund der Widerstandsschicht wird die Menge des Stroms, die zwischen dem Gate 17 und dem Emitter 14 fließen kann, und zwar während eines Bogens, auf einen Wert begrenzt, der den Emitter 14 nicht zerstört.

Claims

1. Bogen-Unterdrückungsvorrichtung für eine Feldemissionsvorrichtung, umfassend:

ein Substrat (11);

eine erste isolierende Schicht (12) auf dem Substrat (11);

eine leitfähige Gateschicht (17) auf der ersten isolierenden Schicht (12), wobei die leitfähige Gateschicht (17) eine Emissionsöffnung (22) durch die leitfähige Gateschicht (17) aufweist, um es Elektronen zu ermöglichen, durch die leitfähige Gateschicht (17), eine obere Oberfläche, die die Emissionsöffnung (22) umgibt, eine untere Oberfläche, die die Emissionsöffnung (22) umgibt, und eine innere Oberfläche (23) auf der Innenseite der Emissionsöffnung (22) zu gehen oder sich zu bewegen;

eine Widerstandsschicht (18) auf der oberen Oberfläche und sich erstreckend auf die innere Oberfläche (23);

einen Emitter (14) auf dem Substrat (11) in der Emissionsöffnung (22); und eine dielektrische Schicht (19) auf der Widerstandsschicht (18), die ausreichend dünn ist, um einen Weg hohen Widerstands zwischen dem Emitter und dem Gate aufrechtzuerhalten.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (18) einen Widerstand von wenigstens ein Megaohm (Mn) zu der inneren Oberfläche (23) zur Verfügung stellt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Widerstandsschicht (18) einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens ungefähr 100 Ohm-cm (ncm) aufweist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Widerstandsschicht (18) eine Schicht aus amorphem Silizium, diamantartigem Kohlenstoff, Molybdänoxid, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Widerstandsschicht (18) auf der inneren Oberfläche (23) eine Dicke von wenigstens ungefähr 0,1 um aufweist.