專利名稱：用于電子發(fā)射器的聚焦透鏡的制作方法
背景技術：
本發(fā)明涉及用于電子發(fā)射器的透鏡設計，尤其涉及用于大容量存儲器以及顯示設備中的那些電子發(fā)射器，所述大容量存儲器以及顯示設備往往并入許多電子設備中。
隨著計算技術的發(fā)展，其價格日益低廉同時提供了更高的能力。為了讓計算技術繼續(xù)這些正面趨勢，諸如大容量存儲設備以及顯示設備等外圍設備必須繼續(xù)前進。在商業(yè)出版物中已經(jīng)提出了大量批評，這些批評是關于在同時代的個人計算機中發(fā)現(xiàn)諸如磁盤驅(qū)動器、CD-ROM以及DVD驅(qū)動器的大容量存儲設備(當然僅是舉幾個例子)都無法跟上微處理器的前進速度。例如，在過去的十年里，硬盤驅(qū)動器的存儲密度得以極大地提高，但是現(xiàn)在遇到了阻止其進一步進展的物理限制。盡管一些硬盤驅(qū)動器已經(jīng)小型化，以便與便攜式設備一起操作，但是高功率的需求仍限制了更長期限的電池操作。因此需要一種具有更高的能量效率、高密度的存儲設備。
由于以接近無缺陷的條件制造這些設備的復雜性，故而諸如LCD監(jiān)視器的顯示設備在滿足需要方面有困難。此外，使用無源LCD技術需要添加背光，以便允許在不同環(huán)境光的條件下進行觀看。這些背光需要額外的功率，由此進一步限制了長期的電池操作。
在諸如電視(TV)管以及計算機監(jiān)視器的消費產(chǎn)品中，電子束技術已經(jīng)存在多年了。這些設備使用大家所熟悉的熱陰極電極來產(chǎn)生電子源，其中所述電子被射向以及聚焦在該觀看屏上。盡管在多個新的技術領域進行了研究，但是諸如spindt-tip以及平面發(fā)射器的冷陰極電子束發(fā)射器領域卻引起許多制造商的注意。將該冷陰極技術轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的過程中還存在一些問題。這種問題之一就是產(chǎn)生電子聚焦結(jié)構(gòu)，所述電子聚焦結(jié)構(gòu)可用于多種應用，所述應用需要諸如使用大容量存儲器以及顯示設備之類的高密度發(fā)射設備。通常，這些應用在電子產(chǎn)生源(通常稱作陰極)與介質(zhì)或者觀察表面(通常稱作陽極)之間需要高壓電勢。然而，當制作緊湊設備的時候，陽極和陰極只相隔非常短的距離。這樣短的距離使得難以實現(xiàn)電子從陰極源到陽極上的一致緊密聚焦。如果能實現(xiàn)一致緊密聚焦，那么因更小的位間距而使更高的存儲密度成為可能。因為將陽極和陰極保持在不同的高壓電勢，所以由高壓電勢產(chǎn)生的靜電力在它們之間產(chǎn)生了吸引力。該吸引力產(chǎn)生了另外的問題，對于必須克服該力的可移動部件尤其如此，所述可移動部件諸如是介質(zhì)表面大容量存儲設備。實際上，控制介質(zhì)表面的電動機必須消耗額外的功率，由此影響了便攜式產(chǎn)品中的電池壽命。在顯示設備中，這種不希望有的力可以產(chǎn)生不希望得到的撓曲或扭轉(zhuǎn)應力。除非減少或者消除這種不希望有的吸引力，否則可能會延遲冷陰極電子發(fā)射技術的使用。因此，存在對于新的透鏡結(jié)構(gòu)的需要，該新的透鏡結(jié)構(gòu)在保持制造工藝偏差容限的同時，能夠使陽極和陰極結(jié)構(gòu)之間的吸引力最小化。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于將電子從陰極聚焦到陽極的電子透鏡。所述透鏡包括第一導電層，所述第一導電層具有與陰極相隔第一距離的第一開口。所述第一導電層保持在第一電壓。所述透鏡還包括第二導電層，所述第二導電層具有與第一導電層相隔第二距離并且與該陽極相隔第三距離的第二開口。所述第二導電層保持在基本上等于陽極電壓的第二電壓。所述第一和第二開口是根據(jù)第一電壓、第二電壓、第一距離、第二距離以及第三距離而選擇的。陰極和陽極之間產(chǎn)生的力通過所述透鏡結(jié)構(gòu)而最小化。


參照以下附圖能夠更好地理解本發(fā)明。附圖中的元件相互之間未必是按比例的。而是當清楚地圖解說明本發(fā)明時被所設置的重點代替。此外，貫穿幾個視圖中，相同的參考標記自始至終表示相應的類似物，不過不必是精確的部分。
圖1A是用于電子發(fā)射器的聚焦電子透鏡的頂視圖。
圖1B是圖1A中所示聚焦電子透鏡沿I-I透視的剖視圖。
圖2A是包括本發(fā)明實施例的聚焦電子透鏡的頂視圖。
圖2B是圖2A中所示聚焦電子透鏡沿II-II透視的剖視圖。
圖3是圖2A中所示聚焦電子透鏡操作中并且表示等勢面的插圖。
圖4是利用平面發(fā)射器陰極的本發(fā)明第一實施例的插圖。
圖5是利用多個spindt-tip電子發(fā)射器的本發(fā)明第二實施例的插圖。
圖6是用于顯示設備的本發(fā)明第三實施例的插圖。
圖7是用于顯示設備的本發(fā)明第四實施例的插圖。
圖8是用于大容量存儲設備的本發(fā)明第五實施例的插圖。
圖9是用于大容量存儲設備的本發(fā)明第六實施例的插圖。
圖10是包括含有本發(fā)明實施例的設備的電子設備的框圖。
具體實施例方式
一種使陰極和陽極之間的吸引力最小化的技術是使用共面透鏡以及屏蔽，所述共面透鏡以及屏蔽如圖1A和1B中所示的場致發(fā)射器件中所示出的。圖1A是場致發(fā)射器件的頂視圖。圖1B是圖1A中場致發(fā)射器件沿I-I透視的橫截面以及有代表性的陽極30。陰極10具有配備在其上或者其內(nèi)的電子發(fā)射器20，用于產(chǎn)生電子束。在該陰極上優(yōu)選設置電介質(zhì)層12，以提供電絕緣、優(yōu)選是熱絕緣。在電介質(zhì)層12上設置共面透鏡16，并且優(yōu)選設置共面屏蔽14。屏蔽-透鏡間隔22使共面透鏡16與共面屏蔽14分離。共面透鏡16內(nèi)是共面透鏡開口18，該共面透鏡開口18優(yōu)選通過將來自于電子發(fā)射器20的電子束聚焦到陽極30上來產(chǎn)生影響該電子束的靜電場，所述陽極30與共面透鏡16和共面屏蔽14相隔有屏蔽-透鏡間隔24。共面屏蔽14優(yōu)選保持在或接近陽極30的電勢，并且用來使陽極30和陰極10結(jié)構(gòu)之間的吸引力最小化。盡管該結(jié)構(gòu)減少了陽極30和陰極10結(jié)構(gòu)之間的吸引力，但是由于共面透鏡16和陽極30之間的差動電壓電勢而保留有吸引力26。這種吸引力26限制陽極30和陰極10之間的間隔。當陽極30是介質(zhì)表面，諸如是大容量存儲設備的介質(zhì)表面時，用于移動介質(zhì)表面的電動機必須施加更多功率來克服吸引力26，由此消耗了更多的功率和/或更大的原動力。如果陽極30是顯示表面，那么所述吸引力要求更厚的顯示襯底或者更多的襯料，這樣既增加了產(chǎn)品成本又增加了重量。保持由一段很大的距離隔開的陽極30與電子透鏡可使所述吸引力最小化。然而，這段長的距離使得在陽極30上聚焦的斑點大小對透鏡和屏蔽的幾何形狀的較小變動很敏感，這受制造工藝的影響。由制造工藝所引起的預期的部分與部分的變動限制了斑點大小大于幾個應用所需要的斑點大小。
圖2A和2B舉例說明了一種電子透鏡的結(jié)構(gòu)和設計，該電子透鏡可以減少吸引力，優(yōu)選小于0.03牛頓/厘米2，并且導致制造工藝變動的更大容限。圖2A是并入本發(fā)明透鏡結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射器件的頂視圖。圖2B是圖2A中所示場致發(fā)射器件沿II-II透視的剖面視圖并且包括陽極30結(jié)構(gòu)。陰極10具有位于其上或者其內(nèi)的電子發(fā)射器20。所述電子發(fā)射器產(chǎn)生電子束，所述電子束利用位于屏蔽層32和陰極10之間的透鏡層36聚焦在陽極30上。屏蔽層32位于透鏡層36和陽極30之間。透鏡層36具有透鏡開口38，該透鏡開口38用來將電子束聚焦到陽極30上。屏蔽層32具有屏蔽開口34，該屏蔽開口34優(yōu)選具有與透鏡開口38相同的直徑，用于允許電子束在透鏡開口和屏蔽開口之間經(jīng)過并穿過屏蔽層32到陽極30上。所述透鏡層36優(yōu)選安置在第一電介質(zhì)層13上。所述屏蔽層32優(yōu)選安置在第二電介質(zhì)層15上。優(yōu)選利用半導體或者顯示薄膜技術將透鏡層36、第一電介質(zhì)層13以及第二電介質(zhì)層15和屏蔽層32集成到陰極10上，由此產(chǎn)生陰極結(jié)構(gòu)11。透鏡層36與陰極10相隔第一距離48。屏蔽層32與透鏡層36相隔第二距離46。屏蔽層32與陽極30相隔第三距離24。
第二距離46與第三距離24的總和優(yōu)選在第一距離48的距離的大約一倍到兩倍范圍內(nèi)。例如，在一個實施例中，第一距離48與第二距離46基本上彼此相等，并且大于第三距離24，這使得陽極30與陰極結(jié)構(gòu)11相分離。透鏡開口38和屏蔽開口34的尺寸被選擇成使得從電子發(fā)射器20發(fā)射的電子在陽極30上形成一個小于40納米的斑點像。所述斑點大小也受與施加到陰極10的電壓相關的施加到透鏡層36、屏蔽層34以及陽極30的電壓的影響。施加到不同層的電壓還影響吸引力26。
例如，圖3舉例說明了為在圖2A和2B的場致發(fā)射器件上的電子透鏡建立的示范性電場42。通過向陰極10、透鏡層36、屏蔽32以及陽極30施加不同電壓而產(chǎn)生的靜電力產(chǎn)生了電場42。通過產(chǎn)生電場42，場致發(fā)射器件20成為聚焦電子發(fā)射器130。電場42改變由電子發(fā)射器20發(fā)射的電子束的方向，以便產(chǎn)生聚焦束40，該聚焦束40在陽極30上產(chǎn)生像點44。第一電介質(zhì)層13和第二電介質(zhì)層15的材料優(yōu)選選擇為最低限度地影響電場42的材料。第一電介質(zhì)層13和第二電介質(zhì)層15可以是相同或者是不同的電介質(zhì)材料。
電子透鏡和發(fā)射器優(yōu)選利用半導體器件技術來制造。本發(fā)明的器件可適用于很廣范圍的半導體器件技術，并且可以用各種半導體材料制造。因為大多數(shù)當前可用的半導體器件都是以硅襯底制造的，并且本發(fā)明最常遇到的應用也將涉及硅襯底，所以以下描述將討論在硅襯底上實現(xiàn)的本發(fā)明的半導體器件的幾個目前的優(yōu)選實施例。然而，將本發(fā)明應用于砷化鎵、鍺及其它半導體材料也是十分有益的。由此，本發(fā)明不意味著僅限于那些以硅半導體材料制造的器件，而是將包括以一個或多個可用的半導體材料以及本領域技術人員可利用的技術制造的那些器件，其中所述可利用的技術諸如在玻璃襯底上使用多晶硅的薄膜-晶體管(TFT)技術。
應注意的是，所述附圖不是真實的比例。此外，有源元件的各個部分沒有按比例描繪。某些尺寸相對于其它尺寸已經(jīng)被夸大了，以便提供更清楚的說明以及提供對本發(fā)明的理解。
此外，盡管在此舉例說明的實施例以二維視圖的形式示出，各個區(qū)域具有深度以及寬度，但是應該清楚理解，這些區(qū)域?qū)嶋H上是三維結(jié)構(gòu)器件的一部分的單純的說明。由此，當被制造在實際器件時，這些區(qū)域?qū)⒕哂邪ㄩL度、寬度以及深度的三維維度。此外，雖然通過針對有源器件的優(yōu)選實施例舉例說明了本發(fā)明，但是這并不意圖指將本發(fā)明的范圍或者可應用性限制在這些實例上。這不意圖指將本發(fā)明的有源器件限于舉例說明的物理結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)被包括以便展示本發(fā)明目前優(yōu)選實施例的實用性以及應用。
圖4是使用平面發(fā)射器21作為電子源的本發(fā)明第一實施例的示范性說明。平面發(fā)射器21具有經(jīng)由絕緣體層56與襯底54相分離的平面發(fā)射器陰極58，所述襯底優(yōu)選是硅襯底，不過也可使用其它的導電襯底，所述絕緣體層56是諸如TiOx、SiC或者SiN，僅舉幾個例子。還存在多個其它絕緣體層材料并且均為本領域技術人員所熟知。發(fā)射器電壓源62經(jīng)由接觸52與襯底54相連，并且與平面發(fā)射器陰極58相連。所施加的電壓通常是5-20伏，并且該電勢產(chǎn)生穿過絕緣層56的電子隧道。足夠數(shù)目的隧道電子具有足夠的能量來逃逸平面發(fā)射器陰極58以產(chǎn)生電子發(fā)射50。透鏡層36定位在與平面發(fā)射器陰極58相隔第一距離48例如約5微米的地方。透鏡層36與透鏡電壓源64相連。施加到透鏡層的電壓用來在透鏡開口38中產(chǎn)生電場42，以便聚焦來自于平面發(fā)射器陰極58的電子發(fā)射50。例如，優(yōu)選將透鏡層36的電壓設置為0伏左右。在透鏡層36與陽極30之間、在第二距離處放置屏蔽層32，其中所述陽極30諸如顯示器或者介質(zhì)表面，所述第二距離例如是5微米左右。陽極30設置在屏蔽層32之上、在第三距離24處，所述第三距離例如2微米左右或者更小。如圖所示，屏蔽層32和陽極30優(yōu)選與相同陽極電壓源66相連，所述陽極電壓源最好處于500伏以上，例如700伏左右。作為選擇，屏蔽層32和陽極30可以具有較小的電壓差，以說明在制造電路過程中經(jīng)常遇到的電壓降或者其它損耗。此外，通過稍微調(diào)節(jié)屏蔽層32和陽極30之間的差動電壓，可以調(diào)好聚焦。通過使屏蔽層32和陽極層30處于基本上相同的電壓電勢，可使陽極和陰極之間的靜電引力的量最小化，以便考慮使陽極30靠近屏蔽層32第三間隔24。
圖5是本發(fā)明的第二實施例，其中電子發(fā)射器是一組一個或多個spindt-tip發(fā)射器60，用于產(chǎn)生電子發(fā)射50。使用本領域技術人員所知的多個工藝中的任意工藝，在襯底54上創(chuàng)建spindt-tip發(fā)射器68，其中所述襯底優(yōu)選是硅襯底。襯底54具有接觸52，以便提供用于設定spindt-tip發(fā)射器68、透鏡層36、屏蔽層32以及陽極30上的電壓的參考點。將spindt-tip發(fā)射器68設置為發(fā)射器電壓62，優(yōu)選是5-20伏左右。由于spindt-tip的尖角形狀，所以提高了電場，而且把電子吸引到尖端處并發(fā)射所述電子以便產(chǎn)生電子發(fā)射50。透鏡層36具有開口38，其中電子發(fā)射50經(jīng)過該開口，并且被聚焦以便在陽極30上形成聚焦束40，優(yōu)選形成直徑為小于40納米的斑點尺寸，更優(yōu)選的是形成小于10納米的斑點尺寸。在該示范性實施例中，開口38優(yōu)選是7.2微米左右。將透鏡層36保持在透鏡電壓電勢64，所述透鏡電壓電勢優(yōu)選是0伏左右，但是根據(jù)為場致發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)所選擇的實際尺寸，可以使用其它值。由于透鏡層36、屏蔽層32、陽極30以及spindt-tip發(fā)射器60之間在電壓電勢上的差，在透鏡開口38的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場42。該電場42重定向并且聚焦所述電子發(fā)射50。透鏡層36設置在距離spindt發(fā)射器68的尖端的第一距離48處。陽極層30保持在陽極電壓電勢66，優(yōu)選大于500V并且更優(yōu)選為700V左右。該陽極電壓電勢66將電子吸引到陽極30的表面上。為了防止陽極和陰極部件之間的靜電吸引，在透鏡層36與陽極30之間插入了屏蔽層32。屏蔽層32具有屏蔽開口34，所述屏蔽開口優(yōu)選具有與透鏡開口38相同的幾何形狀和大小。屏蔽層32與透鏡層相隔第二距離46，并且與陽極30層相隔第三距離24。對于一個優(yōu)選實施例來說，第一距離優(yōu)選是5微米左右。第二距離優(yōu)選基本上與第一距離相同，例如是5微米，而第三距離優(yōu)選是2微米左右或者更小。
圖6是在概念上的顯示器70中的本發(fā)明的第三可替代實施例。所述顯示器優(yōu)選由像素72的陣列組成，這些像素優(yōu)選進一步以紅、藍、綠的順序來排列，但是還可以是單色的色彩。像素72在屏幕74上形成。發(fā)射器襯底78具有一個或多個電子發(fā)射器20，所述電子發(fā)射器20顯示為矩形形狀的平面發(fā)射器，并分別被控制以便產(chǎn)生電子發(fā)射50。電子發(fā)射50利用透鏡層36進行聚焦，所述透鏡層36優(yōu)選由諸如鋁、金、或其它金屬或者半導體薄膜之類的材料的導電層制成。在屏幕74與發(fā)射襯底78之間設置透鏡層36。通常，將屏幕74保持在大于500伏、例如象700伏這樣的電壓電勢上，以便吸引電子發(fā)射50。透鏡層36具有透鏡開口38，該透鏡開口將電子發(fā)射50在屏幕74的像素72上聚焦為斑點大小。將透鏡層36保持在與發(fā)射器表面相關的電壓電勢上，諸如保持在負20伏的電壓上，用于在透鏡開口38周圍以及內(nèi)部產(chǎn)生電場，以便創(chuàng)建電子透鏡。屏幕74和發(fā)射器襯底78以及透鏡層36之間的電壓電勢上的差產(chǎn)生了靜電引力，這使得屏幕74被吸引到透鏡層36以及發(fā)射器襯底78。為了使該引力最小化，在屏幕74與透鏡層36之間設置了屏蔽層32。屏蔽層32具有屏蔽開口34，該屏蔽開口34優(yōu)選具有與透鏡開口38相同的幾何形狀和大小，以便允許電子發(fā)射50經(jīng)過屏蔽層32到達屏幕74。
圖7是以集成式顯示器件80的形式的本發(fā)明第四替代性實施例。集成式顯示器件80由陰極10形成，所述陰極10優(yōu)選是硅襯底，但是作為選擇，也可以是其它類型的半導體，或作為選擇可以是玻璃襯底。這種材料的多種可能的襯底是本領域技術人員所熟知的。在該示范性設計中，陰極10具有在其上創(chuàng)建的薄膜層28的堆疊。所述薄膜層28的堆疊優(yōu)選并入spindt-tip發(fā)射器68的陣列，或作為選擇，并入平面發(fā)射器陣列。這里以作為每一像素熒光物質(zhì)84的單個spindt-tip的形式示出spindt-tip發(fā)射器68，但是每一像素熒光物質(zhì)84可以提供有一個以上的spindt-tip。每個spindt-tip68能夠產(chǎn)生電子發(fā)射50，該電子發(fā)射50利用透鏡層36進行聚焦，所述透鏡層36嵌入在薄膜層28的堆疊之內(nèi)，并且設置在屏幕陽極86與陰極10之間。在薄膜層28的堆疊之內(nèi)還有屏蔽層32，所述屏蔽層32具有與透鏡層36基本上相同的尺寸，但是保持在不同的電壓電勢上，優(yōu)選保持在與屏幕陽極86的電壓電勢相同的電壓電勢上，以便減少對屏幕82起作用的靜電引力，屏幕82優(yōu)選由薄玻璃制成，或者由其它透明襯底制成。將屏蔽層32插入在透鏡層36和屏幕陽極86之間。所述屏幕82通過隔開區(qū)88與薄膜層28的堆疊隔開，以構(gòu)成陽極屏蔽間隔距離24。隔開區(qū)88可從本領域技術人員所熟知的多個任意材料中選擇和制造。優(yōu)選的，隔開區(qū)88還提供空氣密封，但是作為選擇，可供選擇的密封89或者粘合劑可以施用到集成式顯示器件80的外圍周圍。
圖8是用于概念上的大容量存儲設備90的本發(fā)明第五實施例。概念上的大容量存儲設備90以優(yōu)選具有在垂直堆疊中設置的三個襯底的形式來示范性地示出。陰極10具有在一個表面上形成的薄膜層28的堆疊，該表面包括電子發(fā)射器20、透鏡層36以及屏蔽層32。電子發(fā)射器20以及透鏡層產(chǎn)生聚焦束40，該聚焦束在介質(zhì)表面96上產(chǎn)生小的斑點大小，優(yōu)選小于40納米，諸如10納米左右，其中所述介質(zhì)表面位于設置在陰極10與定片襯底94之間的轉(zhuǎn)片襯底92上。在轉(zhuǎn)片襯底92上的介質(zhì)表面96優(yōu)選由相變材料制成，該材料受聚焦束40的能量的影響。通過使用高功率級的聚焦束40并且快速地降低聚焦束40功率級，能夠使所述相變材料從結(jié)晶狀態(tài)改變?yōu)榉蔷螤顟B(tài)93。通過使用高功率級的聚焦束40并且慢慢地降低其功率級，能夠使所述相變材料從非晶形狀態(tài)93改變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，以便使介質(zhì)表面有時間來退火到結(jié)晶狀態(tài)。一種示范性的材料是鍺碲化物(GeTe)以及基于GeTe的三元合金。另一種示例性的材料是銦硒(InSe)。多個其它相變材料都為本領域技術人員所熟知，并且可以被代替而不脫離本發(fā)明的范圍以及精神。轉(zhuǎn)片襯底92以及定片襯底94包含電路，該電路用于使轉(zhuǎn)片襯底92能以第一以及優(yōu)選以第二方向來移動，以便允許單個電子發(fā)射器20讀寫介質(zhì)表面上的多個位置。為了防止轉(zhuǎn)片襯底92被吸引到陰極10，薄膜層堆疊包括設置在透鏡層36與轉(zhuǎn)片襯底92之間的屏蔽層32。
為了從介質(zhì)表面中讀取，較低能量的聚焦束40觸擊介質(zhì)的介質(zhì)表面，導致電子流過介質(zhì)襯底90，并且讀取器電路98檢測它們。檢測到的電流量取決于由聚焦束40觸擊的介質(zhì)表面的狀態(tài)，例如非晶態(tài)的或者是結(jié)晶狀態(tài)。以具有連接到介質(zhì)表面96的第一接觸91以及連接到介質(zhì)襯底92的第二接觸97的形式來顯示示范性讀取器電路98的操作。在所述襯底內(nèi)流動的電流由放大器95轉(zhuǎn)換為電壓，以便產(chǎn)生讀取器輸出99。其它讀取器電路都是本領域技術人員所熟知的，并且可以被代替而不脫離本發(fā)明的范圍以及精神。
圖9是以示范性集成式大容量存儲設備100說明的本發(fā)明的第六實施例。所述集成大容量存儲設備100包括三個襯底陰極10、轉(zhuǎn)片襯底92以及定片襯底94。轉(zhuǎn)片襯底92在襯底的一部分上具有至少一個介質(zhì)表面，該介質(zhì)表面最好能夠使用靜電電路104以第一和第二方向移動，所述靜電電路優(yōu)選處于步進電動機類型功能中。可移動的介質(zhì)表面96由彈簧102支撐，優(yōu)選通過蝕刻該轉(zhuǎn)片襯底來形成。用于制造可移動的介質(zhì)表面96的多個不同微機械系統(tǒng)(MEM)體系結(jié)構(gòu)為本領域技術人員所熟知。
在定片襯底94和轉(zhuǎn)片襯底92之間的電接觸由接觸106完成。優(yōu)選的是，粘合劑密封108將轉(zhuǎn)片襯底92附著在定片襯底94上，并且優(yōu)選密封內(nèi)部以便保持在集成式大容量存儲設備100內(nèi)部的真空環(huán)境。還利用隔開區(qū)88將轉(zhuǎn)片襯底92附著于陰極10上，所述隔開區(qū)也優(yōu)選是空氣密封的。作為選擇，可以使用可供選擇的密封89來替代隔開區(qū)88或者和隔開區(qū)88一起來將陰極10粘附和/或密封到轉(zhuǎn)片襯底92。
陰極10包括優(yōu)選使用常規(guī)半導體加工工藝來施加的薄膜層28的堆疊。薄膜層28的堆疊包括一組電子發(fā)射器20，這里以平面發(fā)射器的形式示出，但是還可以使用spindt-tip發(fā)射器，所述電子發(fā)射器利用透鏡層36進行聚焦，所述透鏡層36產(chǎn)生電場42，該電場42在介質(zhì)表面96上使聚焦束40產(chǎn)生優(yōu)選小于40納米的斑點大小，并且更優(yōu)選小于10納米。透鏡層優(yōu)選具有7.2微米左右的透鏡開口。陰極10與轉(zhuǎn)片襯底92之間的空間優(yōu)選是抽空的，優(yōu)選小于10-3托以防止從電子發(fā)射器20發(fā)射的電子同如下氣體或者其它粒子相撞，所述氣體或其它粒子可以損害電子發(fā)射器20。將所述電子發(fā)射器20保持在第一電壓電勢以便優(yōu)選通過隧道效應技術產(chǎn)生電子。第一電壓電勢優(yōu)選小于25伏左右。將透鏡層36保持在第二電壓電勢，優(yōu)選保持在相對于地的0伏左右，以便產(chǎn)生用于聚焦所述電子的電場42。介質(zhì)表面96優(yōu)選保持在第三電勢，該第三電勢優(yōu)選大于500伏，例如在700伏左右，以便吸引從電子發(fā)射器20發(fā)射的電子。介質(zhì)表面96與透鏡36之間在電壓電勢上的差產(chǎn)生有吸引力的靜電力，該力趨向于將轉(zhuǎn)片襯底92的可移動介質(zhì)表面朝著陰極10的方向拉。靜電電動機104必須克服該力，因此可能要求較大的部件。較大的部件將增加功耗并且增加制造成本。為了防止對增加功率的需要，在透鏡層36與介質(zhì)表面96陽極之間、在薄膜層堆疊中添加屏蔽層32，以便使該靜電引力最小化。屏蔽層32優(yōu)選保持在與介質(zhì)表面大致相同的電壓上。所述屏蔽層優(yōu)選具有與所述透鏡層相同的幾何形狀和大小的開口，以便使對聚焦電子束40的屏蔽層影響最小化，優(yōu)選到每一電子發(fā)射器20的力小于0.03牛頓/厘米2。所述透鏡層優(yōu)選與電子發(fā)射器相隔第一距離，優(yōu)選相隔5微米左右，并且所述屏蔽層與所述透鏡層相隔第二距離，所述第二距離優(yōu)選等于第一距離。通過基本上消除陽極上的介質(zhì)表面96和陰極10之間的靜電力，介質(zhì)表面96到陰極10表面之間的間隔可以保持為最小距離，諸如小于2微米，以便提供將要使用常規(guī)的薄膜濺射技術進行淀積的隔開區(qū)88。
圖10是電子設備110的示范性框圖，所述電子設備諸如是計算機、電視游戲機、因特網(wǎng)設備、終端、MP3播放器或者個人數(shù)字助理，僅舉數(shù)例。所述電子設備110包括微處理器112，諸如Intel奔騰處理器TM或者兼容的處理器，不過還存在其它的處理器并且均為本領域技術人員所熟知。微處理器112與存儲器件114相連，所述存儲器件114包括計算機可讀存儲器，其能夠保持由微處理器112使用來控制數(shù)據(jù)和/或輸入輸出功能的計算機可執(zhí)行命令。存儲器114還可以存儲由微處理器112操縱的數(shù)據(jù)。微處理器112還與存儲設備116或與顯示設備118或者與它們兩者相連。存儲設備116和顯示設備118包含如早先說明的附圖以及文字中舉例說明的本發(fā)明的實施例，其中所述附圖和文字示出了利用本發(fā)明的透鏡結(jié)構(gòu)進行聚焦以及屏蔽的場致發(fā)射器件。
應注意的是，在基本上不脫離本發(fā)明的情況下，能夠?qū)λ_的實施例作出許多變化以及修改，這對于本領域技術人員來說是顯而易見的。所有這些變化以及修改在此的意圖包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍如以下的權利要求書所闡明。
權利要求
1.一種用于在陽極(30)上產(chǎn)生聚焦電子束的場致發(fā)射器件，包括一個陰極層(10)，具有至少一個電子發(fā)射器(20)；一個聚焦透鏡(38)，包括，一個設置在陰極層(10)上的透鏡層(36)；以及一個插入到透鏡層(36)與陽極(30)之間的屏蔽層(32)，其中，減少了透鏡層(36)與陽極(30)之間的靜電吸引。
2.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層(36)和屏蔽層(32)之間的距離與屏蔽層(32)和陽極(30)之間的距離的總和，在透鏡層(36)和陰極層(10)之間距離的約一倍到兩倍之間。
3.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層與陰極層的距離和屏蔽層與透鏡層的距離基本上相等。
4.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層(36)與陰極層(10)的距離大約為5微米。
5.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層(36)和屏蔽層(32)包括用于產(chǎn)生聚焦電子束的開口(34，38)，所述開口(34，38)具有基本相同的直徑。
6.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層(36)中的開口(38)的直徑大約為7.2微米。
7.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，在陰極層(10)和陽極(30)之間產(chǎn)生的力小于0.03牛頓/厘米2。
8.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，聚焦電子束(40)在陽極(30)上產(chǎn)生小于40納米的聚焦斑點大小(44)。
9.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，透鏡層(36)和屏蔽層(32)具有大于500伏的電壓電勢差。
10.如權利要求1所述的場致發(fā)射器件，其中，屏蔽層(32)和陽極(30)之間的距離等于或者小于2微米左右。
全文摘要
一種用于將電子從陰極(10)聚焦到陽極(30)的電子透鏡。所述透鏡包括第一導電層(36)，所述第一導電層具有與陰極(10)相隔第一距離(48)的第一開口(38)。所述第一導電層(36)保持在第一電壓。所述透鏡還包括第二導電層(32)，所述第二導電層具有在與第一導電層(36)相隔第二距離(46)且與陽極(30)相隔第三距離(24)處的第二開口(34)。所述第二導電層(32)保持在基本上等于陽極(30)電壓的第二電壓。所述第一(38)和第二(34)開口是根據(jù)第一電壓、第二電壓、第一距離(48)、第二距離(46)以及第三距離(24)而選擇的。所述開口在陽極(30)上將從陰極(10)發(fā)射的電子聚焦為優(yōu)選小于40納米的斑點大小。陰極(10)和陽極(30)之間產(chǎn)生的力通過所述透鏡結(jié)構(gòu)而最小化。
文檔編號H01J3/02GK1515016SQ02811772
公開日2004年7月21日 申請日期2002年6月10日 優(yōu)先權日2001年6月14日
發(fā)明者P·J·本寧, W·R·奈特, M·J·雷甘, P J 本寧, 奈特, 雷甘 申請人:惠普公司