專利名稱：絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件及其制造工藝，具體涉及在包含發(fā)射極和陽極的腔室外部設(shè)置柵電極的絕緣柵場(chǎng)致發(fā)射微電子器件。
在本發(fā)明說明書和所述權(quán)利要求中可互換地使用術(shù)語“柵極”和“柵電極”來表示除了電子場(chǎng)致發(fā)射器件的發(fā)射極或陽極以外的任何電極，而不管柵極作為控制電極或抽取電極還是執(zhí)行其它功能。微電子器件可以具有多于一個(gè)柵極，并且物理上不同的柵極可以是獨(dú)立供電的或者被施加相關(guān)的電位。
術(shù)語“橫向”一般指與其上形成了電子器件的襯底平行的方向。因此，“橫向場(chǎng)致發(fā)射器件”指一種在襯底上形成的場(chǎng)致發(fā)射器件，其形成的結(jié)構(gòu)使得至少沿著與襯底平行的方向上陽極與場(chǎng)致發(fā)射極以一定距離間隔。類似的，術(shù)語“橫向發(fā)射極”指一種場(chǎng)致發(fā)射極，其實(shí)質(zhì)上與橫向器件的襯底平行，由此使向陽極的電子發(fā)射基本上與襯底平行。這種由薄膜形成的橫向發(fā)射極的例子在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。
術(shù)語“襯底”指以下任何一種由單獨(dú)材料構(gòu)成的簡(jiǎn)單基襯底，或由在其上增加了一個(gè)或多個(gè)不同材料層的基襯底構(gòu)成的復(fù)合襯底，或這種復(fù)合襯底的頂層。
已經(jīng)開發(fā)出包括二極管，三極真空管和四極管的很多場(chǎng)致發(fā)射器件結(jié)構(gòu)用于電子電路。某些場(chǎng)致發(fā)射器件已經(jīng)專門適用于顯示器。在這種顯示器中，每個(gè)像素單元使用一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)致發(fā)射器件。場(chǎng)致發(fā)射顯示器被認(rèn)為是平板液晶顯示器的一種有吸引力的備選和替代，因?yàn)閳?chǎng)致發(fā)射顯示器的制造成本和復(fù)雜程度低，能耗低，亮度高，并且視角范圍有所改善。目前需要不斷改進(jìn)微電子器件結(jié)構(gòu)和制造工藝，尤其是對(duì)于平板顯示器。
已知有很多場(chǎng)致發(fā)射器件結(jié)構(gòu)，其中大多數(shù)通常是Spindt型，例如在美國(guó)專利No.3,755,704中描述的例子。以下的美國(guó)專利描述了各種具有橫向場(chǎng)致發(fā)射極的場(chǎng)致發(fā)射器件和/或它們的制造工藝Lambe的4,728,851；Lee等的4,827,177；Jones等的5,144,191；Cronin等的5,233,263和5,308,439；Xie等的5,528,099和5,445,550；Mandelman等的5,629,580；和Potter的5,616,061,5,618,216,5,628,663,5,630,741,5,644,188,5,644,190,5,647,998,5,666,019,5,669,802,5,691,599,5,700,176,5,703,380,5,811,929,5,831,384,5,850,123,5,872,421,5,920,148,5,965,192,6,004,830,6,005,335,6,015,324,6,015,326,6,017,257,6,037,708和6,071,633。
迄今為止，現(xiàn)有技術(shù)中的微電子場(chǎng)致發(fā)射器件(包括Spindt型器件和橫向發(fā)射極型器件)將柵電極暴露到與發(fā)射極相同的真空或充氣環(huán)境中，因此使柵電極暴露于來自場(chǎng)致發(fā)射陰極的直接電子流，并允許從柵電極的表面發(fā)生的二次發(fā)射。
一種具有柵極的橫向發(fā)射極場(chǎng)致發(fā)射器件，由絕緣層將柵極與包含該器件的其它元件的真空或充氣環(huán)境隔離。例如，可以將柵極設(shè)置在微腔室的外部。將絕緣層設(shè)置為，使得對(duì)于從橫向發(fā)射極發(fā)射的電子，沒有可到達(dá)該柵極的真空或充氣路徑。設(shè)置在發(fā)射極和柵極之間的絕緣層最好包括具有大于一的介電常數(shù)的材料。絕緣層最好在器件的電子能量有效范圍內(nèi)還具有低的二次電子產(chǎn)生率。對(duì)于顯示器應(yīng)用，絕緣層最好是透明的。發(fā)射的電子被限制在包含它們的發(fā)射極的微腔室內(nèi)。因此，發(fā)射極電流的柵極電流分量?jī)H由位移電流組成，并且防止了從發(fā)射極到柵極的直接電子流。器件的陣列由微腔室的陣列組成，使得來自每個(gè)發(fā)射極的電子流只能到達(dá)相同微腔室中的陽極，即使對(duì)于缺少柵電極的二極管器件也是如此。一種制造工藝特別適合于制造這種器件和這種器件的陣列，包括原位(in situ)形成真空微腔室。部分Ⅰ-“反向”受限電子場(chǎng)致發(fā)射器件和顯示元件以下文件的全部?jī)?nèi)容都包含在此作為參考1998年2月9日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)09/020,547和09/020,548(二者都已放棄)，1999年3月25日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)09/276,198和09/276,200,1999年12月21日授權(quán)的美國(guó)專利6,004,830和1999年2月6日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/US99/02609。


圖1-13顯示一系列側(cè)視剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的受限電子器件的總體制造；圖14顯示一個(gè)流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的總體制造工藝；圖15-27顯示一系列側(cè)視剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件的制造。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式此處描述的是一種新的反向受限電子場(chǎng)致發(fā)射器件。該結(jié)構(gòu)沒有在器件的發(fā)射極和柵極之間的真空路徑。這種新結(jié)構(gòu)消除了任何可能的DC柵電流，從而使該器件表現(xiàn)為純粹的發(fā)射電子場(chǎng)效應(yīng)晶體管?？梢杂深愃频钠骷Y(jié)構(gòu)，固態(tài)器件結(jié)構(gòu)(例如硅或包括CMOS,NMOS,PMOS,Bipolar,Bi-CMOS等的Ⅲ-Ⅴ材料)構(gòu)成集成電路。這種新器件還可以用于顯示元件或用作顯示系統(tǒng)。其可以結(jié)合集成的發(fā)光材料或者可以在單獨(dú)的組件上與發(fā)光材料結(jié)合使用。其還可以具有集成的顯示驅(qū)動(dòng)電路。
圖1-11顯示一系列側(cè)視剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明制造器件的總體工藝的各個(gè)階段。圖14是表示根據(jù)本發(fā)明制造器件的第一總體工藝的流程圖。
如果使用導(dǎo)電襯底15，那么在導(dǎo)電襯底15上淀積第一絕緣層以形成絕緣襯底20。如圖1所示，如果使用絕緣襯底20，那么省略上述步驟。
在第一絕緣層上淀積并構(gòu)圖導(dǎo)電柵極材料30(圖1)。在柵極層30上淀積第二絕緣層40(圖2)。在第二絕緣層40上淀積并構(gòu)圖導(dǎo)電發(fā)射極層50(圖3)。在發(fā)射極層50上淀積第三絕緣層60(圖4)。形成溝槽70(圖5)，以向下除去一部分第三絕緣60直到發(fā)射極層50。除去溝槽限定區(qū)中的發(fā)射極材料(圖6)，至少在發(fā)射極層50上留下一個(gè)發(fā)射邊沿80?？梢猿ヒ徊糠值诙^緣層40。但是，要保留一部分第二絕緣層40，這消除了任何真空路徑并防止發(fā)射極50和柵極30之間的DC電流。
可以由常規(guī)的半導(dǎo)體制造方法提供常規(guī)的接觸孔，層間連接柱等等(未示出)。
由這種工藝制造的結(jié)構(gòu)可以形成用于各種系統(tǒng)(例如平板顯示器)的組件。在此情況下，將涂敷有發(fā)光材料的單獨(dú)面板100置于溝槽區(qū)之上(圖7)，形成腔室110。在一個(gè)特定實(shí)施例中，可以在發(fā)射極50(即發(fā)射邊沿80)和面板100之間插入聚焦柵(未示出)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以用導(dǎo)電材料代替面板來作為陽極。還可以使用間隔柱90和/或密封劑。
上述結(jié)構(gòu)(圖1-6)可以是一個(gè)集成器件的一部分。該集成器件可以是有源三極真空管或顯示元件。在有源三極真空管元件的情況下，在形成溝槽70后，淀積并構(gòu)圖犧牲材料120(圖8)，犧牲材料120至少完全填充了溝槽限定區(qū)70。
在第三絕緣層60和犧牲層120的組合表面上淀積導(dǎo)電陽極130(圖9)。如果需要，可以對(duì)該導(dǎo)電陽極130構(gòu)圖。
利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)通過陽極導(dǎo)電層130開出進(jìn)入孔140(圖10)。通過進(jìn)入孔140除去犧牲材料120，留下空的腔室160。
在真空系統(tǒng)中淀積密封材料150,155(圖11)。真空級(jí)被限定為足夠三極真空管器件操作的程度。如果需要，可以原位回流密封材料150,155。如果需要，可以對(duì)密封材料150,155構(gòu)圖。
可以由常規(guī)半導(dǎo)體制造方法提供常規(guī)的接觸孔，層間連接柱等等(未示出)。
在顯示元件的情況下，在形成溝槽70后，淀積并構(gòu)圖犧牲材料120，犧牲材料120至少完全填充溝槽限定區(qū)70(見圖8)。
在第三絕緣層60和犧牲層120的組合表面上淀積發(fā)光陽極材料135。如果需要，可以對(duì)該發(fā)光陽極材料層135構(gòu)圖。如果需要，可以在發(fā)光材料層135上淀積第四透明絕緣層(未示出)。利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)通過陽極材料層135開出進(jìn)入孔140。通過進(jìn)入孔140除去犧牲材料120(見圖10)。
在真空系統(tǒng)中淀積密封材料150,155(圖13)。所提供的真空級(jí)應(yīng)達(dá)到足夠顯示元件操作的程度。如果需要，可以原位回流密封材料150,155。可以對(duì)密封材料150,155構(gòu)圖，以除去它在顯示元件光發(fā)射區(qū)上的部分。如果層150,155是透明材料，可以不作上述處理。S1提供襯底S1a 如果需要，淀積絕緣層S2淀積并構(gòu)圖柵電極S3淀積覆蓋柵電極的絕緣層S4淀積并構(gòu)圖發(fā)射極S5淀積發(fā)射極上的絕緣層S6通過絕緣層形成開口，而不暴露柵電極S7在發(fā)射極上形成發(fā)射邊沿S8提供并淀積陽極S9封閉腔室(S9a)并執(zhí)行步驟S11,S12,S13,S14和S15S9a 封閉腔室S10 (同時(shí)執(zhí)行步驟S8和S9a的組合)S11 淀積并構(gòu)圖犧牲材料S12 淀積覆蓋層S13 通過覆蓋層形成進(jìn)入孔S14 通過進(jìn)入孔除去犧牲材料S15 栓塞進(jìn)入孔，密封腔室S16 提供用于施加偏壓的裝置S17 提供用于施加控制信號(hào)的裝置表Ⅰ．圖14的工藝步驟圖14是表示總體制造工藝的流程圖，用標(biāo)號(hào)S1,S2,…,S17表示各個(gè)工藝步驟。對(duì)于每個(gè)步驟，所執(zhí)行的操作在表Ⅰ中列出(上面)。部分Ⅱ-絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件和工藝以下說明書(部分Ⅱ)中描述的是一種新的絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件。該結(jié)構(gòu)沒有在器件的發(fā)射極和柵極之間的真空路徑。這種新結(jié)構(gòu)消除了任何可能的DC柵電流，從而使該器件表現(xiàn)為純粹的發(fā)射電子場(chǎng)效應(yīng)晶體管?？梢杂深愃频钠骷Y(jié)構(gòu)，固態(tài)器件結(jié)構(gòu)(例如硅或包括CMOS,NMOS,PMOS,Bipolar,Bi-CMOS等的Ⅲ-Ⅴ材料)構(gòu)成集成電路。該新器件特別適用于包括無線通信系統(tǒng)的高頻應(yīng)用。
該部分(部分Ⅱ)中描述的第一種情況是用于工藝簡(jiǎn)化目的的公用柵極結(jié)構(gòu)。優(yōu)選實(shí)施例是該部分(部分Ⅱ)中的第二種情況。
如圖15所示，使用導(dǎo)電襯底15，在導(dǎo)電襯底15上淀積第一絕緣層25，因此形成絕緣襯底。在第一絕緣層上淀積第二絕緣層40。第一絕緣層25和第二絕緣層40的相互區(qū)別在于，對(duì)于后面工藝中使用的腐蝕劑具有不同的腐蝕特性。
在第二絕緣層上淀積并構(gòu)圖導(dǎo)電發(fā)射極材料層50(圖16)。在發(fā)射極層50上淀積第三絕緣層60(也在圖16中示出)。
通過腐蝕對(duì)第三絕緣層60構(gòu)圖(圖17)以形成分別用于發(fā)射極接觸柱和陽極件的開口65和75。如圖17所示，該腐蝕工藝在發(fā)射極層50和第一絕緣層25上停止。
在開口65和75中填充(圖18)導(dǎo)電材料以分別形成發(fā)射極接觸柱85和陽極95，并通過使用常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)進(jìn)行平面化。腐蝕出溝槽70(圖19)，以至少暴露一部分發(fā)射極層50，在發(fā)射極層50上留下一個(gè)發(fā)射邊沿80，并且至少暴露一部分陽極95。如圖19所示，該腐蝕在第一絕緣層25上停止。
在第三絕緣層60，發(fā)射極接觸柱85和陽極95上淀積犧牲層120(圖20)。如圖20所示對(duì)犧牲層構(gòu)圖。在第三絕緣層60和犧牲層120上淀積第四絕緣層165(圖21)。通過第四絕緣層165構(gòu)圖并腐蝕進(jìn)入孔170和180，并且通過進(jìn)入孔170和180除去(圖22)犧牲材料120，留出空的開口70。如圖22所示，進(jìn)入孔170和180的位置被設(shè)置為，使得每個(gè)進(jìn)入孔的至少一部分與下面的元件對(duì)準(zhǔn)，一個(gè)進(jìn)入孔(170)在發(fā)射極接觸柱85上對(duì)準(zhǔn)，另一個(gè)進(jìn)入孔(180)在陽極95上對(duì)準(zhǔn)。
在真空中在第四絕緣層165上淀積材料190(例如金屬)。材料190被原位回流以密封進(jìn)入孔170和180。對(duì)密封材料190構(gòu)圖以保留在進(jìn)入孔170和180上的材料，從而密封進(jìn)入孔。因此將腔室體原位制造成真空腔室160。由材料190形成的密封栓塞可以進(jìn)一步提供與發(fā)射極和陽極的導(dǎo)電材料接觸(圖23)。
在第二種情況下(優(yōu)選實(shí)施例)，下面公開一種用于非公用柵的結(jié)構(gòu)，其顯著降低了柵極到發(fā)射極和柵極到陽極的電容。電容的降低使器件的切換速度和總體性能最大化。
如果使用導(dǎo)電襯底15，那么淀積第一絕緣層25以隔離器件。如果使用絕緣襯底20，那么不需要額外的第一絕緣層25。下面描述用于絕緣襯底20的工藝。將柵溝槽200構(gòu)圖并腐蝕以得到絕緣襯底(圖24)。在絕緣襯底上淀積第一導(dǎo)電柵極層210，并平面化到填充溝槽的水平(圖25)，以形成柵電極30。
從此以后的工藝與前面描述中從淀積第一絕緣層到淀積第三絕緣層的工藝(圖15-16)相同。
對(duì)于構(gòu)圖并腐蝕第三絕緣層以得到用于發(fā)射極接觸柱和陽極的開口的步驟(如圖17)，提供了第三開口(未示出)，作為用于接觸柵電極30的柵極導(dǎo)電觸點(diǎn)。執(zhí)行到柵極導(dǎo)電層210的腐蝕步驟以提供該柵極觸點(diǎn)。(該柵極觸點(diǎn)在圖26和27的剖面平面之外，沒有示出)。
如果希望制造顯示器件，陽極95至少部分地由發(fā)光材料構(gòu)成。
如圖27所示，可以通過用發(fā)射極件50和柵極件30的鏡像代替陽極來制造雙向器件。柵極30可以在兩個(gè)發(fā)射極50之間共享，或者單獨(dú)的柵極30可以控制每個(gè)發(fā)射極50?？梢杂沙Ｒ?guī)的半導(dǎo)體制造方法提供常規(guī)的接觸孔，層間連接柱等等。
本發(fā)明適用于制造場(chǎng)致發(fā)射器件，尤其適用于由場(chǎng)致發(fā)射器件陣列構(gòu)成的場(chǎng)致發(fā)射顯示器，因?yàn)殛嚵兄械拿總€(gè)器件可以具有包含發(fā)射極和陰極發(fā)光陽極的單獨(dú)微腔室，該陽極僅響應(yīng)于來自其自己的發(fā)射極的電子。如果利用絕緣層將柵電極與每個(gè)微腔室隔離，那么每個(gè)微電子器件具有改進(jìn)的性能。該優(yōu)選的制造工藝尤其適用于在這種陣列中很多器件的同時(shí)制造。
本發(fā)明消除或極大減少了電子場(chǎng)致發(fā)射微電子器件中從發(fā)射極到柵極的直接電流。本發(fā)明還可以減少不希望的二次電子發(fā)射，而無需引入用于抑制二次電子發(fā)射的附加電極。否則，柵電極的二次電子發(fā)射會(huì)不利地影響柵電極對(duì)陽極電流的控制。在顯示器件中，在每個(gè)像素的陽極的至少一部分包括熒光體的情況下，消除了像素之間的串?dāng)_。
雖然已經(jīng)在附圖和前面的詳細(xì)說明書中顯示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于所述的特定實(shí)施例。從上述說明書中可以看出，本發(fā)明可以以不同于上述說明書的多種變換和修改來實(shí)施。例如，可以改變執(zhí)行步驟的順序，可以替換使用功能相同的材料。對(duì)于另一個(gè)例子，還可以采用以類似方式隔離的更多的柵電極(未示出)以在多柵極器件腔室中提供三個(gè)或四個(gè)柵電極。下面的權(quán)利要求是為了涵蓋所有這些修改。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由上述實(shí)施例確定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其法律等同物確定。
權(quán)利要求
1．一種絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件，包括a)絕緣襯底；b)與所述絕緣襯底鄰接的導(dǎo)電柵電極；c)與所述柵電極的至少一部分同延的腔室；d)陽極，被設(shè)置來接收發(fā)射到所述腔室中的電子；和e)具有發(fā)射邊沿的電子發(fā)射極，被設(shè)置來將電子發(fā)射進(jìn)入并通過所述腔室到達(dá)所述陽極；所述器件的特征在于具有f)設(shè)置在所述腔室和所述柵電極的所述部分之間的絕緣層，由此防止從所述電子發(fā)射極到所述柵電極的直接電子流。
2．一種絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件，包括a)絕緣襯底；b)與所述絕緣襯底鄰接的導(dǎo)電柵電極；e)與所述柵電極的至少一部分同延的腔室；d)設(shè)置在所述腔室和所述柵電極的所述部分之間的絕緣層；e)陽極，被設(shè)置來接收發(fā)射到所述腔室中的電子；和f)具有發(fā)射邊沿的電子發(fā)射極，被設(shè)置來將電子發(fā)射進(jìn)入并通過所述腔室到達(dá)所述陽極。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣襯底(a)包括ⅰ)從導(dǎo)體和半導(dǎo)體中選擇的基襯底；和ⅱ)覆蓋所述基襯底的絕緣層。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括多個(gè)柵電極。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣襯底(a)包括從以下列表中選擇的材料玻璃，陶瓷材料，氧化硅，氮化硅，氧化鋁，氮化硼，和金剛石。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣襯底(a)包括實(shí)質(zhì)上透明的襯底。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括g)用于向所述發(fā)射極和所述陽極施加偏壓的裝置，所述電壓能夠有效地產(chǎn)生從所述發(fā)射邊沿到所述陽極的電子場(chǎng)致發(fā)射電流。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的器件，進(jìn)一步包括h)用于向所述柵電極施加控制電壓以控制所述電流的裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，進(jìn)一步包括用于向所述柵電極施加抽取電壓的裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣膜包括對(duì)于在有效范圍內(nèi)的入射電子能量具有小于一的二次電子發(fā)射產(chǎn)生率的材料。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣膜包括具有大于大約四的介電常數(shù)的材料。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣膜包括第一和第二層，其中ⅰ)所述第一層的材料被選擇為具有相對(duì)于所述第二層更大的介電常數(shù)；ⅱ)所述第二層的材料被選擇為具有相對(duì)于所述第一層更低的二次電子產(chǎn)生率，所述第二層被設(shè)置為形成所述腔室的內(nèi)表面。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的器件，其中所述第一層具有大于大約四的介電常數(shù)，所述第二層對(duì)于有效范圍內(nèi)的入射電子能量具有小于一的二次電子發(fā)射產(chǎn)生率。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的器件，包括多個(gè)所述柵電極。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣膜包括從下面的組中選擇的襯底氮化硅，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。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述絕緣膜實(shí)質(zhì)上是透明的。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，所述腔室具有內(nèi)表面，其中所述絕緣膜設(shè)置在所述腔室的所述內(nèi)表面和所述柵電極之間。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，所述腔室具有內(nèi)表面，其中所述絕緣膜形成所述腔室的所述內(nèi)表面的至少一部分。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述陽極包括用于形成顯示器件的熒光體。
20．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述柵電極包括實(shí)質(zhì)上透明的導(dǎo)電材料。
21．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述柵電極包括從下面的組中選擇的透明導(dǎo)電材料氧化銦，氧化錫，和氧化錫銦。
22．一種用于制造場(chǎng)致發(fā)射器件的方法，包括以下步驟a)提供一絕緣襯底；b)淀積并構(gòu)圖一導(dǎo)電材料以形成柵電極；c)淀積第一絕緣層，覆蓋所述柵電極；d)淀積并構(gòu)圖一導(dǎo)電材料以形成發(fā)射極；e)在所述發(fā)射極上淀積第二絕緣層；f)通過所述第二絕緣層形成一開口，暴露所述發(fā)射極的一部分，而不暴露所述柵電極；g)形成所述發(fā)射極的所述暴露部分的發(fā)射邊沿；和h)提供一陽極。
23．一種由權(quán)利要求22的方法制造的絕緣柵電子場(chǎng)致發(fā)射器件。
24．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述絕緣襯底提供步驟(a)如下進(jìn)行ⅰ)提供一導(dǎo)電襯底，和ⅱ)在所述導(dǎo)電襯底上淀積第三絕緣層以形成所述絕緣襯底。
25．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述發(fā)射邊沿形成步驟(g)如下進(jìn)行除去所述發(fā)射極的所述暴露部分的至少一部分以形成發(fā)射邊沿。
26．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括以下步驟除去所述第一絕緣層的一部分，同時(shí)保留一定量的所述第一絕緣層以覆蓋所述柵電極的全部。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中覆蓋所述柵電極的全部的所述一定量的所述第一絕緣層具有預(yù)定的厚度。
28．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括以下步驟覆蓋所述開口以封閉包含所述發(fā)射邊沿和所述陽極的腔室。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括抽空所述腔室的步驟。
30．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括以下步驟提供用于向所述發(fā)射極和所述陽極施加偏壓的裝置，所述偏壓能夠有效地產(chǎn)生從所述發(fā)射邊沿到所述陽極的電子場(chǎng)致發(fā)射電流。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括以下步驟提供用于向所述柵電極施加控制電壓以控制所述電流的裝置。
32．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括以下步驟提供用于向所述柵電極施加抽取電壓以抽取所述電子的裝置。
33．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述導(dǎo)電材料淀積和構(gòu)圖步驟(b)如下進(jìn)行構(gòu)圖所述導(dǎo)電材料以形成多個(gè)柵電極。
34．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述陽極提供步驟(h)如下進(jìn)行與所述發(fā)射極間隔一定距離淀積陽極板。
35．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述陽極提供步驟(h)如下進(jìn)行在所述陽極板和所述第二絕緣層之間淀積至少一個(gè)間隔層。
36．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述陽極提供步驟(h)如下進(jìn)行淀積涂敷有發(fā)光材料的陽極板。
37．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在所述發(fā)射極和所述陽極之間淀積一柵極。
38．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述開口覆蓋步驟執(zhí)行以下子步驟ⅰ)在所述開口中淀積并構(gòu)圖一犧牲材料，至少填充所述開口；ⅱ)在所述犧牲材料和所述第二絕緣層上淀積一覆蓋層，所述覆蓋層的材料是從導(dǎo)體和發(fā)光材料中選擇的；ⅲ)通過所述覆蓋層形成一進(jìn)入開口到所述犧牲材料；ⅳ)通過所述進(jìn)入開口除去所述犧牲材料；和ⅴ)提供有效的真空環(huán)境，同時(shí)在所述進(jìn)入開口中淀積密封劑以栓塞所述開口，從而封閉包含所述發(fā)射邊沿和所述陽極的腔室。
39．根據(jù)權(quán)利要求38的方法，進(jìn)一步包括以下步驟ⅵ)構(gòu)圖所述密封劑。
40．根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述有效真空環(huán)境包含一定量的惰性氣體。
41．根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述有效真空環(huán)境具有殘余氣體壓力，所述殘余氣體壓力足夠低以允許所述器件的操作。
42．根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述選擇的覆蓋層材料是從透明導(dǎo)體和透明發(fā)光材料中選擇的。
43．一種用于制造場(chǎng)致發(fā)射器件的方法，包括以下步驟a)提供一絕緣襯底；b)淀積并構(gòu)圖一導(dǎo)電材料以形成柵電極；c)淀積第一絕緣層，覆蓋所述柵電極；d)淀積并構(gòu)圖一導(dǎo)電材料以形成發(fā)射極；e)在所述發(fā)射極上淀積第二絕緣層；f)通過所述第二絕緣層形成一開口，暴露所述發(fā)射極的一部分，而不暴露所述柵電極；g)除去所述發(fā)射極的所述暴露部分的至少一部分以形成所述發(fā)射極的所述暴露部分的發(fā)射邊沿；h)提供一陽極，同時(shí)覆蓋所述開口以封閉包含所述發(fā)射邊沿和所述陽極的腔室；j)提供用于向所述發(fā)射極和所述陽極施加偏壓的裝置，所述偏壓能夠有效地產(chǎn)生從所述發(fā)射邊沿到所述陽極的電子場(chǎng)致發(fā)射電流；和k)提供用于向所述柵電極施加控制電壓以控制所述電流的裝置。
44．根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中所述陽極提供和開口覆蓋步驟(h)執(zhí)行以下子步驟ⅰ)在所述開口中淀積并構(gòu)圖一犧牲材料，至少填充所述開口；ⅱ)在所述犧牲材料和所述第二絕緣層上淀積一覆蓋層，所述覆蓋層的材料是從導(dǎo)體和發(fā)光材料中選擇的；ⅲ)通過所述覆蓋層形成一進(jìn)入開口到所述犧牲材料；ⅳ)通過所述進(jìn)入開口除去所述犧牲材料；和ⅴ)提供有效的真空環(huán)境，同時(shí)在所述進(jìn)入開口中淀積密封劑以栓塞所述開口，從而封閉包含所述發(fā)射邊沿和所述陽極的腔室。
45．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述開口形成步驟(f)包括與所述發(fā)射極和所述陽極中的至少一個(gè)至少部分對(duì)準(zhǔn)地淀積所述開口。
46．根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中所述開口形成步驟(f)包括分別與所述發(fā)射極和所述陽極至少部分對(duì)準(zhǔn)地淀積至少兩個(gè)開口。
全文摘要
橫向發(fā)射極場(chǎng)致發(fā)射器件具有柵極(30),絕緣層(40)將柵極與包含該器件其它元件的真空或充氣環(huán)境隔離。例如,柵極可以被設(shè)置在微腔室(110)的外部。將絕緣層設(shè)置為,使得對(duì)于從橫向發(fā)射極發(fā)射的電子,沒有可到達(dá)該柵極的真空或充氣路徑。設(shè)置在發(fā)射極和柵極之間的絕緣層最好包括具有大于一的介電常數(shù)的材料。絕緣層最好在器件的電子能量有效范圍內(nèi)還具有低的二次電子產(chǎn)生率。對(duì)于顯示器應(yīng)用,絕緣層最好是透明的。發(fā)射的電子被限制在包含它們的發(fā)射極的微腔室內(nèi)。因此,發(fā)射極電流的柵極電流分量?jī)H由位移電流組成,并且防止了從發(fā)射極到柵極的直接電子流。器件的陣列由微腔室的陣列組成,使得來自每個(gè)發(fā)射極的電子流只能到達(dá)相同微腔室中的陽極,即使對(duì)于缺少柵電極的二極管器件也是如此。一種制造工藝特別適合于制造這種器件和這種器件的陣列,包括原位形成真空微腔室。
文檔編號(hào)H01J21/10GK1319246SQ00801523
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2000年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月26日
發(fā)明者邁克爾D·波特 申請(qǐng)人:先進(jìn)圖像技術(shù)公司