DE3855482T2

DE3855482T2 - Elektronen emittierendes Element und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE3855482T2
Application number: DE19883855482
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ichikawa; Tetsuya Kaneko; Masahiko Okunuki; Isamu Shimoda; Akira Suzuki; Toshihiko Takeda; Takeo Tsukamoto; Takao Yonehara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2008-02-05
Also published as: DE3855482D1; EP0278405A3; EP0713241B1; EP0278405A2; EP0278405B1; DE3856492T2; AU8774991A; AU1134388A; AU631327B2; EP0713241A3; EP0713241A2; DE3856492D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenemissionselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung und insbesondere auf ein Elektronenemissionselement, welches eine Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich, eine Isolierschicht mit auf die konischen Teilbereiche zentrierten Öffnungen und eine Ableitelektrode aufweist, von der zumindest ein Teil nahe an den konischen Teilbereichen ausgebildet ist, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des Elektronenemissionselementes.

Verwandter Stand der Technik

Als herkömmliche Elektronenemissionsquellen wurden häufig Heißkathoden- Elektronenemissionselemente benutzt. Die Elektronenemission mit heißen Elektroden ergibt einen großen Energieverlust durch das Heizen und es ist auf unerwünschte Weise ein Vorheizen erforderlich.
Zum Lösen dieser Probleme wurden verschiedenerlei Kaltkathoden Elektronenemissionselemente vorgeschlagen. Von diesen Elementen ist ein Feldeffekt- Elektronenemissionselement für das Abstrahlen von Elektronen durch elektrische Feldemission benutzbar.
Ein typisches Beispiel für das Feldeffekt- Elektronenemissionselement ist in einer Schnitteilansicht in Fig. 1 gezeigt und Schritte zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes sind in Fig. 2A bis 2D dargestellt.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist jeweils eine konische Elektrode 19 aus Molybdän (Mo) oder dergleichen an einem Substrat 21 beispielsweise aus Silizium ausgebildet. Eine Isolierschicht 20 wie eine SiO&sub2;-Schicht hat eine Öffnung. Diese Öffnung ist auf die Elektrode 19 zentriert. Auf der Isolierschicht 20 ist eine Ableitelektrode 18 ausgebildet, von der ein Teil nahe an dem konischen Teilabschnitt ausgebildet ist.
Bei dem Elektronenemissionselement mit diesem Aufbau wird zwischen das Substrat 21 und die Elektrode 18 eine Spannung angelegt, wodurch von dem konischen Teilbereich mit hoher Feldstärke weg Elektronen abgestrahlt werden.
Dieses Elektronenemissionselement wird in folgenden Schritten hergestellt:
Gemäß der Darstellung in Fig. 2A wird auf dem Substrat 21 aus beispielsweise Si als Oxidfilm (z.B. als SiO&sub2;-Film) die Isolierschicht 20 ausgebildet.
Durch Elektronenstrahlepitaxie wird die Mo-Schicht 18 aufgebracht und auf die Mo-Schicht 18 wird durch Schleudern ein Elektronenstrahl-Resist wie PMMA (Polymethyl-Methacrylat) aufgeschichtet. Der Resistfilm wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und zu einem Muster geformt. Mit Isopropylalkohol oder dergleichen wird das Resist teilweise entfernt, wodurch die Mo-Schicht 18 selektiv geätzt und daher eine erste Öffnung 22 gebildet wird. Nachdem das Elektronenstrahl-Resist vollständig beseitigt ist, wird Fluorwasserstoffsäure zum Ätzen der Isolierschicht 20 verwendet, wobei dadurch eine zweite Öffnung 23 gebildet wird.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2B wird das Substrat 21 unter einem Winkel Θ schräg gestellt, während es um eine Achse X gedreht wird, und es wird auf der oberen Fläche der Mo-Schicht 18 eine Al- Schicht 24 ausgebildet. In diesem Fall wird das Aluminium auch auf die Seitenfläche der Mo-Schicht 18 aufgebracht. Durch Steuern der Ablagerungsgeschwindigkeit des Aluminiums kann der Durchmesser der ersten Öffnung 22 beliebig verringert werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2C wird senkrecht auf das Substrat 21 durch Elektronenstrahlepitaxie Mo abgelagert. In diesem Fall wird das Molybdän auf die Al-Schicht 24 und das Substrat 21 sowie auch auf die Seitenfläche der Al-Schicht 24 aufgebracht. Mit fortschreitender Ablagerung der Mo-Schicht kann der Durchmesser der ersten Öffnung 22 allmählich verringert werden. Wenn der Durchmesser der ersten Öffnung 22 verringert wird, wird die Ablagerungsfläche des auf das Substrat 21 aufgebrachten Metalls (MO) verkleinert. Daher wird an dem Substrat 21 eine im wesentlichen konische Elektrode 19 ausgebildet.
Schließlich wird gemäß der Darstellung in Fig. 2D durch Entfernen der abgelagerten Mo-Schicht 25 und der abgelagerten Al-Schicht 24 ein Elektronenernissionselement mit der im wesentlichen konischen Elektrode 19 hergestellt.
In dem herkömmlichen Elektronenemissionselement gemäß der vorangehenden Beschreibung werden die Höhe, der Winkel und der Durchmesser der Bodenfläche der Elektrode durch verschiedenerlei Herstellungsbedingungen wie die Größe der ersten Öffnung, die Dicke des Oxidfilmes und den Abstand zwischen dem Substrat und der Ablagerungsquelle bestimmt.
In der EP-A-0172089 ist ein Mehrfach- Elektronenemissionselement beschrieben, welches eine Vielzahl von Elektroden, die auf einer Ablagerungsfläche ausgebildet sind und jeweils einen konischen Teilbereich haben, eine Isolierschicht, die auf der Ablagerungsfläche gebildet ist und die jeweils auf die konischen Teilbereiche zentrierte Öffnungen hat, und eine Ableitelektrode aufweist, von der zumindest ein Teil nahe an den konischen Teilbereichen. ausgebildet ist, wobei die Ableitelektrode auf der Isolierschicht gebildet ist.
Das Herstellungsverfahren für derartige Elektroden, welches dem vorangehend beschriebenen Verfahren gleichartig ist, ist beispielsweise in dem Artikel "Physical properties of thin film field emission cathodes with molybdenum cones" von Spindt u.a. beschrieben.
Wenn jedoch derartige Elektroden aus einem abgelagerten Metall benutzt werden, sind zum Erzielen einer stabilen Elektronenemission die Abmessungen des Elektronenemissionselementes kritisch.
Daher ist die Produktion einer Vielzahl von Elektronenemissionselementen schwierig, da sich typischerweise die konische Form der Elektroden ändert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Elektronenemissionselement und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, welches einen guten Elektronenemissions-wirkungsgrad und eine hohe Reproduzierbarkeit bezüglich der Elektronenemissionseigenschaften hat.
Diese Aufgabe wird jeweils mit einem Elektronenemissionselement gemäß Patentanspruch 1, 8 bzw. 16 gelöst.
Ferner wird diese Aufgabe mit einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Außerdem wird diese Aufgabe jeweils mit einem Verfahren zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes gemäß Patentanspruch 25 und 29 gelöst.
Demnach kann infolge der Einkristallstruktur des konischen Emissionsbereiches der Elektronenemissionsbereich mit einer Kristal lfläche mit vorbestimmter Struktur in übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und daher der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert wird.
Ferner kann der Elektronenemissionsbereich gleichförmig und spitz geformt werden, um die Reproduzierbarkeit der Elektrode zu erhöhen.
Da die Elektroden mit den jeweiligen konischen Teilbereichen auf der Fläche der Ablagerung des Isoliermaterials ausgebildet werden, kann die elektrische Isolierung der Elektroden verbessert werden, wodurch eine Kopplung zwischen benachbarten Elektroden verhindert wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselementes wird das Material, welches nicht durch Kristallinität oder dergleichen ein Einkristall an der Bodenfläche (Ablagerungsfläche) der Ausnehmung bilden kann, unter Nutzung des heterqgenen Mikromuster-Materials als dessen Zentrum abgelagert, wodurch die Ablagerung des Einkristalls ermöglicht ist. Der Bereich zum Wählen der Materialien an dem Boden der Ausnehmung und für den Einkristall kann erweitert werden. Es kann die Elektrode mit einem konischen Teilbereich an der gewünschten Stelle gebildet werden. Die Elektronenemissionsbereiche wie die konischen Teilbereiche können gleichförmig und spitz geformt werden, wodurch die Intensität des elektrischen Feldes verstärkt und gleichförmig gemacht wird. Schwankungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.
Da bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch mit der leitenden Materialoberfläche verbunden ist, ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch von dem Substrat isoliert, so daß die Packungsdichte erhöht und die Anschlußzuverlässigkeit verbessert werden kann.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes wird durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch die Elektrode mit dem kristallinen konischen Teilbereich auf die Weise an die Fläche des leitenden Materials angeschlossen, daß durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch ein Kristall an dem freiliegenden Bereich der Fläche des leitenden Materials abgelagert und an die Elektrode mit dem kristallinen konischen Teilbereich angeschlossen wird, der mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum in dem heterogenen Mikromuster-Material gewachsen ist. Daher kann eine elektrische Verbindung durch einen einfachen Prozeß hergestellt werden.
Von den herkömmlichen Kaltkathoden- Elektronenemissionselementen ist ein Oberflächenleitung-Elektronenemissionselement benutzbar, in welchem ein starker Strom einem Film mit hohem Widerstand zugeführt wird, von dem Elektronen abgegeben werden.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Oberflächenleitung-Elektronenemissionselementes.
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 werden auf einem isolierenden Substrat 117 aus Glas oder dergleichen in einem vorbestimmten Abstand voneinander gegenüberliegende Elektroden 118 und 119 ausgebildet. In dem Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden 118 und 119 wird ein Metall wie Molybdän (Mo) abgelagert. Der Ablagerungsfilm wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, um dadurch eine teilweise Unterbrechung des Ablagerungsfilmes hervorzurufen, wodurch ein hochohmiger Film 120 gebildet wird.
Wenn in dem Elektronenemissionselement mit diesem Aufbau zwischen die Elektroden 118 und 119 eine Spannung angelegt wird, um einen Strom durch den hochohmigen Film 120 zu leiten, und an eine auf dem hochohmigen Film 120 gebildete (nicht dargestellte) Elektrode eine Hochspannung angelegt wird, werden von dem hochohmigen Film 120 Elektronen abgegeben.
Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement ist die Oberflächenform des hochohmigen Filmes der Hauptfaktor für das Bestimmen der Elektronenemissionseigenschaften. Zum Steigern des Elektronenemissionswirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn der hochohmige Film unterbrochen, inselförmig oder fehlerhaft ist (dieser Oberflächenzustand wird nachfolgend als schadhafter Oberflächenzustand bezeichnet). Der schadhafte Oberflächenzustand tritt infolge einer örtlichen Emission von Hochspannungsfeld-Elektronen, heißen Elektronen und dergleichen auf. Der schadhafte Oberflächenzustand wird herkömmlicherweise dadurch erzielt, daß der Ablagerungsfilm auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und örtliche Unterbrechungen des Ablagerungsfilmes hervorgerufen werden.
In der Elektronenemissionselektrode mit dem auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellten hochohmigen Film ist jedoch der hochohmige Film instabil und es werden die Streuungen hinsichtlich der Betriebsspannung und des Elektronenemissionswirkungsgrades vergrößert. Außerdem werden die Elektronen örtlich emittiert, so daß die Stromdichte größer wird, wodurch sich eine örtliche Unterbrechung des hochohmigen Filmes ergibt.
Der Kristall ist als ein Aggregat von einzelnen Kristallkörnern (einschließlich im wesentlichen eines Einkristalls) definiert, welches in einem jeweiligen heterogenen Material mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum gewachsen ist.
Wenn in einem jeden einer Vielzahl von Bereichen von heterogenem Material ein Einkristall mit einem jeweils einzelnen Kern als dessen Zentrum gezüchtet wird, entsteht an gewünschten Bereichen eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit konischen Teilbereichen, die nur dem Einkristall entsprechen. Durch Steuern der Materialien für die Ablagerungsfläche, des heterogenen Materials und der Arten der Ablagerungsmaterialien sowie der Ablagerungsbedingungen kann zum Bilden des hochohmigen Filmes in dem Elektronenemissionselement eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit jeweils einer erwünschten Größe gebildet werden.
In diesem Elektronenemissionselement wird gleichförmig.eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit einzelnen Kernen als deren Zentren in einer Vielzahl von Bereichen von heterogenem Material gebildet, wodurch auf einfache Weise Vorsprünge an der Oberfläche des hochohmigen Filmes gesteuert werden.
Falls kleinste Teilungsabstände von konischen Teilbereichen erforderlich sind, um die dielektrische Spannungsfestigkeit in dem in Fig. 1 dargestellten Kaltkathoden-Elektronenemissionselement zu verbessern oder ein Mehrfach-Elektronenemissionselement herzustellen, wird eine Elektrode vorzugsweise an der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet.
Wenn jedoch eine Elektrode an der Oberfläche des Isoliermatenais ausgebildet wird, kann an der Oberfläche des Isoliermatenais eine Leiterschicht gebildet werden oder es muß zum Erzielen der Leitungsführung in einer auf einem leitenden Substrat ausgebildeten Isolierschicht eine Durchgangsöffnung gebildet werden. Diese Technik führt zu Problemen hinsichtlich der Zusammenbaudichte und der Zuverlässigkeit der Verbindungen.
Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsverfahren wird die während der Elektronenemission durch diese verlorene Ladung der Elektronenemissionselektroden nach der Elektronenemission zugeführt und die Elektronenemissionselektrode kann an dem Isolierfilm ausgebildet werden.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung sind die Elektrqnenemissionselektrode mit einem konischen Teilbereich und die Spannungsanlegeelektrode unter Einfassung des Isolierfilmes zwischen diesen ausgebildet und kapazitiv gekoppelt. Än die Spannungsanlegeelektrode und das bestrahlte Target wird eine Spannung angelegt, um die Abgabe der Elektronen aus der Elektronenemissionselektrode zu ermöglichen. Die aus der Elektronenemissionselektrode austretende Ladung kann durch die Ladungszuführvorrichtung zugeführt werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt, damit die Elektronenemission aus der an dem Isolierfilm isolierten Elektronenemissionselektrode ermöglicht ist.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung sind unter Zwischenlagerung des Isolierfilmes die Vielzahl von Elektronenemissionselektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich und eine Vielzahl von Spannungsanlegeelektroden ausgebildet und kapazitiv gekoppelt. Für die Elektronenemission wird eine Spannung an die Spannungsanlegeelektroden und das bestrahlte Target angelegt. Die durch diese Elektronenemission aus den Elektronenemissionselektroden abgegebene Ladung wird aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt.
Das heißt, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden aus der Ladungszuführvorrichtung die Elektronen zugeführt, um die Elektronenemission aus der Vielzahl der an der Oberfläche des Isolierf ilmes isolierten Elektronenemissionselektroden zu ermöglichen.
Wenn an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden die Spannung im Zeitmultiplex angelegt wird, um aufeinanderfolgend zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das bestrahlte Target Spannungsimpulse anzulegen, kann dadurch die Schaltungsbelastung bei der Elektronenemissionssteuerung verringert werden.
Wenn bei den vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtungen eine Ableitelektrode derart gestaltet ist, daß die Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode erhöht wird, kann diese Ableitelektrode als Ladungszuführvorrichtung dienen.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung ist die Elektronenemissionselektrode auf dem Halbleitermaterial ausgebildet. Die durch die Entladung aus der Elektronenemissionselektrode verloren gehende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung ist auf dem Halbleitermaterial eine Vielzahl von Elektronenemissionselektroden ausgebildet und die durch die Entladung aus der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden austretende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kaltkathoden- Elektronenemissionselement bestehen Dimensionierungsprobleme und elektrische Probleme aus folgenden Gründen: Da eine konische Elektrode gebildet wird, nachdem die Isolierschicht geätzt ist, ist es schwierig, die Ablagerungsfläche des Substrates reinzuhalten und es treten Abweichungen hinsichtlich der Ablagerungsbedingungen oder dergleichen für die Elektrodenmaterialien auf.
Bei dem vorangehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Elektronenernissionselementes wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich, der als Elektronenemissionsbereich dient, auf einer reinen Oberfläche dadurch ausgebildet, daß als Zentrum der in dem heterogenen Mikromuster-Material gebildete einzelne Kern benutzt wird. Danach werden die Isolierschicht und dann auf dieser die Elektrode gebildet, so daß eine Elektrode aus einem Kristall mit einer geringen Anzahl von Defekten und mit einem gleichförmigen Elektronenemissionsbereich erzielt wird, wodurch die Feldstärke gleichmäßig wird und erhöht wird und dadurch Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Elektronenemissionselement ändern sich auf unerwünschte Weise infolge von Änderungen der Eigenschaften die Betriebsspannung und der Wirkungsgrad der Elektronenemission, da an den konischen Teilbereich der Elektrode ein starkes Feld angelegt wird, die Stromdichte erhöht wird und der konische Teilbereich erwärmt wird und schmilzt.
Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement weist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich das leitende Material mit dem konischen Teilbereich und den auf dem leitenden Material ausgebildeten wärmebeständigen leitenden Film auf. Der Elektronenemissionsbereich kann aus einem wärmebeständigen leitenden Film gebildet werden, um ein Verformen des konischen Teilbereiches infolge des Schmelzens durch Wärme zu verhindern. Der Hauptteil der Elektrode mit dem konischen Teilbereich besteht aus dem leitenden Material mit hoher Leitfähigkeit, wodurch eine unnötige Wärmestrahlung verhindert wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Elektronenemissionselement muß die dielektrische Durchschlagspannung erhöht werden. In dem Mehrfach- Elektronenemissionselement wird zum Verhindern der Einwirkung der Elektroden auf benachbarte konische Teilbereiche die Elektrode mit dem konischen Teilbereich vorzugsweise auf der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet, um kleine Teilungsabstände zu erzielen.
Bei dem Mehrfach-Elektronenernissionselement muß zum Abstrahlen von Elektronen von einer erwünschten Stelle weg die Elektronenemission der jeweiligen Elektronenemissionsquellen gesteuert werden.
Bei dem vorangehend genannten Elektronenemissionselement ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich über der Isolierschicht auf dem leitenden Material ausgebildet. (Diese Struktur wird nachfolgend als MIM-Struktur bezeichnet). Zwischen das leitende Material und die Elektrode, die auf der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet ist und den konischen Teilbereich hat, wird eine Spannung (v) angelegt und die Elektronen können durch den Tunneleffekt durch die Isolierschicht hindurchtreten. Daher können die Elektronen aus dem leitenden Material der Elektrode mit dem konischen Teilbereich zugeführt werden. Die Menge an der Elektrode mit dem konischen Teilbereich zugeführten Elektronen kann durch die Spannung v gesteuert werden, um dadurch die Elektronenemissionsmenge zu steuern.
Als herkömmliche Anzeigevorrichtungen in OA Systemen wie,Textverarbeitungsgeräten und Personalcomputern werden im Hinblick auf ein klares Bild und eine große Helligkeit hauptsächlich Kathodenstrahlröhren (CRT) verwendet.
In der Kathodenstrahlröhre werden die aus einer Elektronenquelle abgestrahlten Elektronen zur Abtastung in einem durch eine Ablenkspule erzeugten Magnetfeld abgelenkt und die abgelenkten Elektroden prallen auf einen Leuchtstoff-Bildschirm für R, G und B (im Falle der Farbbildröhre), um dadurch eine Anzeige herbeizuführen. Da die Ablenkstrecke der Größe des Bildschirmes entspricht, wird der Fortbewegungsweg der Elektronen länger. Aus diesem Grund wird auf unerwünschte Weise der Abstand zwischen der Elektronenguelle und dem Leuchtstoffbildschirm größer und es kann keine flache Kathodenstrahlröhre hergestellt werden.
Als flache Anzeigevorrichtungen haben Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten, Plasma- Anzeigeeinheiten, Elektroluminiszenz-Einheiten (EL- Einheiten) und dergleichen große Aufmerksamkeit gefunden. Das Flüssigkristallelement benötigt eine Lichtquelle (natürliches Licht), da es ein Lichtaufnahmeelement ist, und tendiert dazu, durch Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle beeinträchtigt zu werden. Außerdem ist es schwierig, mit dem Flüssigkristall an sich eine Farbbildanzeige in drei oder mehr Farben zu erzielen. Die Plasma- Anzeige und die EL-Einheiten sind Lichtemissionselemente und ergeben nicht die Probleme, die bei dem Lichtaufnahmeelement entstehen. Diese Einheiten sind im Handel als monochromatische Einheiten erhältlich. Wegen der Unterschiede der Leuchtw,irksamkeitswerte bei verschiedenen Wellenlängen der Lichtquellen kann jedoch eine mehrfarbige Anzeige nicht zufriedenstellend erzielt werden und diese Einheiten sind weiterhin teuer.
Bei einer flachen Anzeigevorrichtung, in der das Elektronenemissionselement verwendet wird, wird die Elektronenemissionsmenge durch eine zwischen die Ableitelektrode und die Elektrode mit dem konischen Teilbereich angelegte Spannung gesteuert. Das Potential der Leuchtstoffeinheit wird höher als dasjenige der Elektrode mit dem konischen Teilbereich angesetzt. Die Elektronen werden auf die Leuchtstoffeinheit zu deren Erregung aufgestrahlt.
Als an das in Fig. 1 dargestellte Feldeffekt- Elektronenernissionselement angelegte Spannung sind im allgemeinen 100 V oder mehr erforderlich. Es ist schwierig, dieses Element in eine integrierte Schaltung einzubauen. Es entstand die Anforderung, die an dieses Element anzuleq ende Spannung zu verringern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Teiles einer herkömmlichen Feldeffekt- Elektronenemissionselementes,
Fig. 2A bis 2D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstelung des in Fig. 1 dargestellten Elementes,
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern eines Oberflächenleitungs- Elektronenemissionselementes,
Fig. 4A bis 4D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
Fig. 5A bis 5C sind jeweils perspektivische Teilansichten von Fig. 4A, 4C und 4D,
Fig. 6A bis 6E sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrfach- Elektronenemissionselementes,
Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Matrix-Mehrfach- Elektronenemissionselementes,
Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zum Erläutern einer selektiven Ablagerung,
Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen der Kernbildungsdichten der Ablagerungsflächen von SiO&sub2; und Siliziumnitrid als Funktion der Zeit veranschaulichen,
Fig. 10A bis 10C sind Darstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Formen eines Einkristalls,
Fig. lla und llb sind jeweils perspektivische Ansichten des Substrates gemäß Fig. 10A und 10C,
Fig. 12A bis 12C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Formen eines Einkristalls,
Fig. 13 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Durchsatzverhältnis von NH&sub3; zu SiH&sub4; und dem Zusammensetzungsverhältnis von Si zu N in einem erzeugten Siliziumnitridfilm veranschaulicht,
Fig.14 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhälntis und der Kernbildungsdichte veranschaulicht,
Fig. 15 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Si-Ionen-Dotierrnenge und der Kernbildungsdichte veranschaulicht,
Fig. 16A bis 16D sind schematische Teuschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 17 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Erläutern eines Schrittes bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß dem Verfahren nach Fig. 16A bis 16D,
Fig. 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern der Leitungsverbindung dieses Elektronenemissionselementes,
Fig. 19A bis 19F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenemissionselementes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 20 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Beschreiben eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,
Fig. 21 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teilbereiches A eines hochohmigen Filmes nach Fig. 20,
Fig. 22A bis 22C sind Darstellungen zum Erläutern der Schritte bei dem Formen eines Einkristalles gemäß einem Einkristall- Formungsver fahren,
Fig. 23A und 23B sind jeweils perspektivische Ansichten eines Substrates gemäß Fig. 22A und 22C,
Fig. 24A bis 24C sind Darstellungen zum Erläutern der Schritte bei dem Formen eines Einkristalles gemäß einem anderen Einkristall- Formungsverfahren,
Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer ersten Elektronenemissionsvorrichtung, die fur ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird,
Fig. 26 ist ein Äquivalenzschaltbild der ersten erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung,
Fig. 27 ist eine schematische Darstellung einer für das Verfahren nach Fig. 25 benutzten zweiten Elektronenemissionsvorrichtung,
Fig. 28 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der zweiten erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung,
Fig. 29 ist eine schematische Darstellung einer für das Verfahren nach Fig. 25 verwendeten dritten Elektronenemissionsvorrichtung,
Fig. 30 ist ein Äquivalenzschaltbild der dritten Elektronenemissionsvorrichtung bei der Elektronenemiss ion,
Fig. 31 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der dritten erfindungsgemäßen Elektronemissionsvorrichtung,
Fig. 32A bis 32F sind schematische Teilschnittansichten für das Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 33 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Erlgutern eines Schrittes bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß dem Verfahren nach Fig. 32A bis 32F,
Fig. 34 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,
Fig. 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern der Leitungsverbindung dieses Elektronenemissionselementes,
Fig. 36A ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,
Fig. 36B ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teilbereiches a in Fig. 36A,
Fi&sub9;. 37 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion dieses Elektronenemissionselementes,
Fig. 38 ist ein Äquivalenzschaltbild eines Elektronenemissionsbereiches in einem erfindungsgemäßen Mehrfach- Elektronenemissionselement,
Fig.39A und 39B sind Zeitdiagramme von Spannungen, die an in Form einer Matrix angeordnete Elektroden angelegt werden,
Fig. 40 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
Fig. 41A ist eine vergrößerte Teilansicht eines Elektronenemissionsbereiches nach Fig. 40,
Fig. 418 ist eine Draufsicht auf den Elektronenemissionsbereich nach Fig. 41A,
Fig. 42 ist eine Darstellung, die die Zusammensetzung des Elektronenemissionsbereiches veranschaulicht,
Fig. 43 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Elektronenemissionssteuerung durch eine Matrix aus Verbindungsleitungen und Ableitelektroden,
Fig. 44 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung,
Fig. 45 ist eine schematische Teilschnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
Fig. 46 ist ein Energiebanddiagramm eines Metal 1-Halbleiter-Überganges,
Fig. 47 ist ein Diagramm des Energiebandes an der Oberfläche eines Halbleiters gemäß der Erfindung,
Fig. 48 ist eine schematische Teilschnittansicht für die Beschreibung eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,
Fig. 49 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion des in Fig. 48 dargestellten Elementes,
Fig. 50A ist ein Energiebanddiagramm bei einem Gleichgewichtszustand des Elementes nach Fig. 48 und
Fig. 50B ist ein Energiebanddiagramrn bei dem Betreiben des Elementes nach Fig. 48.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Fig. 4A bis 4D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem errf indungsgemäßen Verfahren und Fig. 5A bis 5C sind jeweils perspektivische Teilansichten nach Fig. 4A, 4C und 4D.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4A wird ein Oxidsubstrat 1 aus einem Isoliermaterial wie SiO&sub2; durch Fotoätzung oder dergleichen mit einem Muster versehen, um eine Vielzahl von zylindrischen Ausnehm,ungen 202 mit einem jeweiligen Durchmesser von ungefähr 0,5 bis 100 µm zu bilden. Zwischen den Ausnehmungen 202 von jeweiligen Reihen gemäß Fig. 4A werden Rillen ausgebildet.
Gemäß Fig. 48 werden jeweils an den Bodenflächen (Ablagerungsflächen) der Ausnehmungen 202 Kernbildungsbasen 203 aus Si oder Si&sub3;N&sub4; ausgebildet.
Gemäß Fig. 4C werden in den Kernbildungsbasen 203 geformte einzelne Kerne als Zentren zum Züchten eines Einkristalls aus Mo, W oder Si benutzt, um dadurch konische Elektr6den 204 mit jeweils einer erwünschten Größe und einem konischen Teilbereich zu formen. Gemäß Fig. SB werden die in einer jeweiligen Reihe ausgerichteten Elektroden 204 miteinander durch eine Leitungsschicht 206 verbunden, die durch die in dem Oxidsubstrat 201 ausgebildete entsprechende Rille hindurchgehend ausgebildet ist. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel dienen die Bodenflächen der Ausnehmungen 202 des Oxidsubstrates 201 als Ablagerungsflächen und die Seitenwandbereiche der Ausnehmungen 202 bestehen aus einem Isoliermaterial. Das Isoliermaterial kann an der Ablagerungsfläche in einem anderen Prozeß unter Verwendung des gleichen Materials wie dasjenige der Ablagerungsfläche oder eines davon verschiedenen Materials gebildet werden.
Schließlich wird gemäß der Darstellung in Fig. 4D und 5C eine als Ableitelektrode dienende Metallplatte 205, in der durch Ätzen eine Vielzahl von öffnungen ausgebildet ist, derart an das Oxidsubstrat 201 angeklebt, daß die Mitten der Öffnungen jeweils mit den Mitten der Ausnehmungen 202 ausgerichtet sind, wobei dadurch ein Mehrfach- Elektronenemissionselement fertiggestellt wird.
In dem vorstehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselement gemäß Fig. 5C wird zwischen die Metallplatte 205 und die gewählte Leitungsschicht 206 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential an der Metallplatte 205 höher ist als an der gewählten Leitungsschicht 206, durch die konischen Teilbereiche der entsprechenden Elektroden 204 ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird und von diesen Elektronen emittiert werden.
Wenn bei dem vorangehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselement die Metallplatte 205 in Streifen unterteilt wird, um zusammen mit den Elektroden-Leitungsschichten 206 eine Matrix zu bilden, kann dadurch ein Matrix-Mehrfach- Elektronenernissionselement hergestellt werden.
Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Matrix-Mehrfach- Elektronenemissionselementes
Gemäß Fig. 7 sind Metallplatten 2051 bis 2054 und Elektroden-Leitungsschichten 2061 bis 2064 in Form einer Matrix angeordnet. Wenn zwischen gewählte Metallplatten 2051 bis 2054 und gewählte Elektroden- Leitungsschichten 2061 bis 2064 eine Spannung angelegt wird, kann eine punktförmige, eine linienförmige oder eine flächige Elektronenemissionsquelle erzielt werden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen dieses Elementes wird die Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich an dem Oxidsubstrat 201 ausgebildet. Zum Herstellen des gleichen Elektronenemissionselementes wie das vorangehend beschriebene kann jedoch ein Oxidfilm 201a auf einem darunter liegenden Substrat ausgebildet werden. Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Metallplatte 205 als Ableitelektrode an das Substrat angeklebt. Die Ableitelektrode kann jedoch durch Ablagern einer Metallschicht wie einer Mo-Schicht gebildet werden.
Fig. 6A bis 6E sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 6A wird an einem Unterlagensubstrat 207 wie einem Si-Substrat ein Oxidfilm 201a wie ein SiO&sub2;-Film gebildet, in dem auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 4A Ausnehrnungen 202 gebildet werden.
Gemäß Fig. 6B und 6C werden auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 4A und 4B Kernbildungsbasen 203 und Elektroden 204 mit konischen Teilbereichen und mit erwünschten Abmessungen gebildet.
Gemäß Fig. 6D wird in die Ausnehmungen 202 ein Resist eingefüllt und an dem Resist und dem Oxidsubstrat 201 wird eine Metallschicht 208 gebildet. Auf die Metallschicht 208 wird ein Fotoresist 209 aufgeschichtet, welches zum Bilden von Öffnungen 210 belichtet und geätzt wird.
Schließlich wird gemäß Fig. 6E zum Fertigstellen eines Mehrfach-Elektronenemissionselementes die Metallschicht 208 zum Bilden von Öffnungen geätzt und das Resistrnuster entfernt.
Wenn die Metallschicht 208 auf gleiche Weise wie die in Fig. 7 dargestellten Metallplatten 2051 bis 2054 in Streifen zum Bilden einer Matrixelektrodenanordnung aufgeteilt wird, kann ein Matrix-Mehrfach-Elektronenemissionselement hergestellt werden.
Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich durch die Bedingungen wie das die Ablagerungsfläche bildende Oxidsubstrat 201 (den Oxidfilm 201a)&sub1; die Kernbildungsbasen 203, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe des konischen Teilbereiches kann unabhängig von den Größen der Ausnehmungen 202 und der Öffnungen 210 festgelegt werden, wodurch Maßabweichungen verhindert werden, die durch Abweichungen der Größen der Ausnehmungen 202 und der Öffnungen 210 verursacht werden. Die Lage der Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich kann durch die Lage der entsprechenden Kernbildungsbasis 203 festgelegt werden. Die Elektrode 204 kann mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle geformt werden. Infolgedessen kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsöffnungen des Mehrfach- Elektronenemissionselementes gebildet werden.
Da der Einkristall auf einfache Weise mit der Kernbildungsbasis als dessen (nachfolgend beschriebenes) Zentrum geformt werden kann, ermöglicht dies eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsrnaterial und der Ablagerungsfläche. Beispielsweise kann abweichend von dem herkömmlichen Fall, bei dem es schwierig ist, einen Einkristall an einem isolierenden Substrat wie einem amorphen Substrat zu züchten, ein Einkristall an dem isolierenden Substrat gebildet werden und mit Sicherheit eine große Fläche des Elementes erzielt werden. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Herstellen eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes sehr wirkungsvoll. Außerdem können die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine hohe Feldstärke zu erreichen. Daher können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannungen verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.
Gemäß Fig. 6 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunter liegenden Substrat aus einem erwünschten Material ausgebildet werden.
Beispielsweise kann eine Ablagerungsfläche auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad ausgebildet werden und die Zuverlässigkeit der Schaltung stark verbessert werden.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren ist es leicht, durch Nutzung eines Einkristalls eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich herzustellen. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich kann mit der Kristallfläche einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht werden, um den Schottky-Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern. Zugleich kann eine Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich auf der Ablagerungsfläche des Isoliermaterials gebildet werden, wobei dadurch die elektrische Isolierung verbessert wird. Daher kann eine Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls an einer Ablagerungsfläche beschrieben.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren, bei dem selektiv auf einem Substrat ein Dünnfilm unter Nutzung von Differenzen von Faktoren zwischen Materialien gebildet wird, welche die Kernbildung bestimmen. Diese Faktgren sind die Oberflächenenergie, Ablagerungskoeffizienten, Absonderungskoeffizienten, Flächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen, die alle mit dem Dünnfilm-Forrnungsprozeß in Verbindung stehen.
Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zum Erläutern der selektiven Ablagerung.
Gemäß Fig. 8A wird ein Dünnfilm 212 mit anderen Faktoren als diejenigen eines Substrates 211 an diesem an einem erwünschten Bereich gebildet. Wenn die Ablagerung eines Dünnfilmes aus einem geeigneten Material unter geeigneten Ablagerungsbedingungen ausgeführt wird, wird gemäß Fig. 8B ein Dünnfilm 213 nur an dem Dünnfilm 212, aber nicht an anderen Bereichen des Substrates 211 gebildet. Durch Nutzung dieser Erscheinung kann der Dünnfilm 213 unter Selbstausrichtung gezüchtet werden. Abweichend von dem herkömmlichen Prozeß kann das Fotolithografieverfahren mit einem Resist entfallen.
Die Materialien für die selektive Ablagerung sind SiO&sub2; für das Bilden des Substrates 211, Si, GaAs oder Siliziumnitrid für das Bilden des Dünnfilmes 212 und Si, W, GaAs oder InP für das Bilden des Dünnfilmes 213.
Die Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen der Kernbildungsdichten und der Ablagerungsbereiche von SiO&sub2; und Siliziumnitrid als Funktion der Zeit veranschaulicht.
Wie aus dieser grafischen Darstellung ersichtlich ist, wird die Kernbildungsdichte auf SiO&sub2; unmittelbar nach der Ablagerung unterhalb von 10³ cm&supmin;² gesättigt und nach 20 Minuten im wesentlichen unverändert gehalten.
Auf Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) wird jedoch die Kernbildungsdichte vorübergehend bei ungefähr 4 x 10&sup5; cm&supmin;² gesättigt und innerhalb von 10 Minuten nicht geändert. Darauffolgend steigt jedoch die Kernbildungsdichte steil an. Bei dieser Messung wurden die Filme durch chemische Dampfablagerung bei einem Druck von 175 Torr und einer Temperatur von 1000ºC in einer Atmosphäre abgelagert, in der SiCl&sub4;- Gas mit H&sub2;-Gas verdünnt war. Außerdem können als Reaktionsgas SiH&sub4;-, SiH&sub2;Cl&sub2;-, SiHCl&sub3;- oder SiF&sub4;-Gas verwendet werden und der Druck, die Temperatur und dergleichen zum Erzielen der vorstehend beschriebenen Wirkung gesteuert werden. Diese Ablagerung kann durch Vakuumablagerung ausgeführt werden.
In diesem Fall kann problemlos ein Kern auf SiO&sub2; gebildet werden. Durch Hinzufügen von HCL-Gas zu dem Reaktionsgas kann die Kembildung an SiO&sub2; weiter unterdrückt werden, um das Erzeugen von SiO&sub2; an Si zu verhindern.
Die vorstehend beschriebene Erscheinung hängt von den Unterschieden zwischen den Absorptionskqeffizienten, den Absonderungskoeffizienten und den Flächendiffusionskoeffizienten von Si und denjenigen von SiO&sub2; und Siliziumnitrid ab. Si-Atome reagieren mit SiO&sub2; zum Bilden von Siliziummonoxid (SiO) mit einem hohen Dampfdruck. SiO&sub2; selbst wird durch Siliziumrnonoxid geätzt. Eine solche Ätzerscheinung tritt an Siliziurnnitrid nicht auf (T. Yonehara, 5. Yoshioka und 5. Miyazawa, "Journal of Applied Physics 53", 6839, 1982).
Wenn als Materialien für die Ablagerungsfläche SiO&sub2; und Siliziumnitrid gewählt werden und als Ablagerungsmaterial Silizium gewählt wird, kann gemäß der grafischen Darstellung in Fig. 9 eine ausreichend hohe Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden. Als Material für die Ablagerungsfläche ist SiO&sub2; vorzuziehen. Es kann jedoch selbst bei der Verwendung von SiOx eine zufriedenstellende Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden.
Die Materialien sind nicht auf die vorstehend beschriebenen eingeschränkt. Wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist, ist die ausreichende Kernbildungsdichtedifferenz das 10²-fache der Kernbildungsdichte oder größer. Für das zufriedenstellende Bilden von Ablagerungsfilmen können nachfolgend als Beispiel angeführte Materialien verwendet werden.
Ein anderes Verfahren zum Erzielen dieser Kernbildungsdichtedifferenz ist es, durch örtliche Ionenimplantation von Si und N in SiO&sub2; eine Zone zu bilden, die eine übermäßige Menge an Si und N enthält.
Durch Nutzung des vorstehend beschriebenen selektiven Ablagerungsverfahrens und Herstellung eines Musters aus einem ausreichend feinen heterogenen Material, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte hat als das Material der Ablagerungsfläche, so daß nur das Wachsen des Einkristalls ermöglicht ist, kann ein Einkristall an einer Stelle gezüchtet werden, an der sich das Muster aus dem feinen heterogenen Material befindet.
Da das selektive Züchten des Einkristalls durch den Elektronenzustand an der Ablagerungsfläche und insbesondere einen freien Bindungszustand bestimmt ist, muß ein Grundmaterial nicht ein Material mit geringer Kernbildungsdichte (z.B. SiO&sub2;) sein, sondern es kann auf irgend einem Material oder einem Substrat gebildet sein, wobei dadurch nur die Ablagerungsfläche gebildet ist.
Fig. 10A bis 10C sind Darstellungen, die ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls veranschaulichen, und Fig. lla und lib sind jeweils perspektivische Ansichten des Substrates nach Fig. 10A bzw. 10C.
Gemäß Fig. 10A und 11A wird auf einem Substrat 214 ein Dünnfilm 215 mit geringer Kernbildungsdichte für die selektive Ablagerung gebildet und auf den Dünnfilm 215 wird ein heterogenes Material mit hoher Kernbildungsdichte aufgebracht. Diese Filme werden durch Fotolithografie zu einem Muster 216 des heterogenen Materials geformt. Die Größe und die Kristallstruktur des Substrates 214 können beliebig gewählt werden. Es kann auch ein Substrat mit aktiven Elementen benutzt werden. Das Muster 216 aus dem heterogenen Material umfaßt auch einen denaturierten Bereich, der eine überschüssige Menge an Si und N enthält und der durch lonenimplantation von Si und N in den Dünnfilm 215 erhalten wird.
Gemäß geeigneten Ablagerungsbedingungen wird nur in dem Muster 216 aus dem heterogenen Material ein einzelner Kern eines Dünnfilmmaterials gebildet. Das heißt, das Muster 216 aus dem heterogenen Material muß ein Mikromuster sein, das fein genug ist, das Wachsen von nur einem einzelnen Kern zu ermöglichen. Die Abmessungen des Musters 216 aus dem heterogenen Material betragen in Abhängigkeit von den Materialarten weniger als einige µm. Der Kern behält die Einkristallstruktur bei und wächst als Einkristallinsel 217. Zum Erzielen der Insel 217 müssen Bedingungen für das Verhindern der Kembildung an dem Dünnfilm 215 festgelegt werden.
Die Einkristallinsel 217 wächst mit dem Muster 216 aus dem heterogenen Material als Zentrum weiter, während sie die Einkristallstruktur beibehält. Gemäß Fig. 11C wird ein Einkristallkonus 217a erzielt.
Da an dem Substrat 214 als Material für die Ablagerungsfläche der Dünnfilm 215 ausgebildet wird, kann das Substrat 214 als Träger-Target durch irgendein beliebiges Material gebildet sein. Außerdem kann selbst dann, wenn das Substrat 214 aktive Elemente und dergleichen enthält, an diesem auf einfache Weise ein Einkristall geformt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Dünnfilm 215 das Material für die Ablagerungsfläche gewählt. Es kann jedoch ohne Abwandlung ein Substrat aus einem Material mit geringer Kernbildungsdichte verwendet werden, welches die selektive Ablagerung ermöglicht, und ein Einkristall auf die vorangehend beschriebene Weise geformt werden.
Fig. 12A bis 12C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Formen eines Einkristalls.
Gemäß der Darstellung in Fig. 12A bis 12C wird an einem Substrat 215 aus einem Material, das ausreichend geringe Kernbildungsdichte hat und die selektive Ablagerung zuläßt, ein Mikrornuster 216 aus einem heterogenen Material gebildet. Ein Einkristall kann auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 9 geformt werden.

(Beispiel)

Nachstehend wird ein praktisches Verfahren zum Formen eines Einkristalls beschrieben.
Als Ablagerungsflächenmaterial für einen Dünnfilm 215 wird SiO&sub2; verwendet. In diesem Fall kann ein Quarzsubstrat verwendet werden. Alternativ kann ein SiO&sub2;-Film auf einem Substrat aus einem Metall, einem Halbleiter, einem magnetischen Material, einem piezoelektrischen Material oder einem isolierenden Material durch Zerstäuben, chemische Bedampfung oder Vakuumablagerung gebildet werden. Als Ablagerungsflächenmaterial ist SiO&sub2; vorzuziehen. Es kann jedoch SiOx verwendet werden, wobei x veränderbar ist.
Auf die SiO&sub2;-Schicht 215 wird durch Niederdruck- Epitaxie eine Schicht aus Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) oder aus polykristallinem Silizium als heterogenes Material aufgebracht. Die Schicht aus dem Siliziumnitrid oder dem polykristallinen Silizium wird nach einem herkömmlichen Fotolithografieverfahren oder einem lithografischen Verfahren mit. Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder lonenstrahlen zu einem Muster geformt, um dadurch das Mikromuster 216 aus dem heterogenen Material mit Abmessungen von einigen µm oder weniger, vorzugsweise von ungefähr 1 µm oder weniger zu erhalten.
Darauffolgend wird an dem Substrat 214 selektiv Si durch Verwendung eines Gasgemisches aus HCl oder H&sub2; und SiH&sub2;Cl&sub2;, SiCl&sub4;, SiHCl&sub3;, SiF&sub4; oder SiH&sub4; gezüchtet. In diesem Fall beträgt die Substrattemperatur 700 bis 1100ºC und der Druck beträgt ungefähr 100 Torr.
Innerhalb einer Zeitdauer zwischen 10 Minuten und 20 Minuten wächst der Einkristall 217 aus Si mit dem Mikromuster 216 aus dem heterogenen Material wie Siliziurnnitrid oder polykristallinern Silizium als dessen Zentrum. Durch das Einstellen von optimalen Wachstumsbedingungen können die Abmessungen des Si- Einkristalls 217 von den Abmessungen des heterogenen Materials bis zu einigen zehn µm des Einkristalls 217a vergrößert werden.

(Zusammensetzung von Siliziumnitrid)

Zum Erhalten einer ausreichend hohen Kernbildungsdichtedifferenz zwischen dem Ablagerungsflächenmaterial und dem heterogenen Material gemäß der vorangehenden Beschreibung ist das Material nicht auf Si&sub3;N&sub4; eingeschränkt. Die Zusammensetzung von Siliziumnitrid kann verändert werden.
Bei der chemischen Plasma-Bedampfung CVD, bei der SiH&sub4;-Gas und NH&sub3;-Gas in einem Hochfreguenzplasma zersetzt werden, um bei niedriger Temperatur einen Siliziumnitridfilm zu erhalten, wird das Durchsatzverhältnis von NH&sub3;-Gas zu SiH&sub4;-Gas verändert, um in starkem Ausmaß das Zusammensetzungsverhältnis von Si zu N zu verändern, die in einem abzulagernden Siliziumnitridfilm enthalten sind.
Die Fig. 13 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhältnis und dem NH&sub3;/SiH&sub4;- Durchsatzverhältnis zeigt.
Die Ablagerungsbedingungen für die grafische Darstellung in Fig. 13 waren folgendermaßen gegeben: Die Hochfrequenz-Ausgangsleistung betrug 175 W, die Substrattemperatur war 380ºC und der SiH&sub4;- Gasdurchsatz war auf 300 cc/min festgelegt, während der NH&sub3;-Gasdurchsatz verändert wurde. Wenn das Gasdurchsatzverhältnis NH&sub3;/SiH&sub4; von 4 bis 10 geändert wurde, war gemäß der Auger-Elektrospektroskopie das Zusammensetzungsverhälntis Si/N in dem Siliziumnitridfilm von 1,1 bis 0,58 verändert.
Die Zusammensetzung des Silziumnitridfilmes, der unter den Bedingungen gebildet wurde, daß SiH&sub2;Cl&sub2;- und NH&sub3;-Gase bei einem niedrigen Druck von 0,3 Torr und einer Temperatur von ungefähr 800 ºC verwendet wurden, war gleich derjenigen von Si&sub3;N&sub4; (Si/N 0,75) als stöchiometrisches Verhältnis.
Ein Siliziumnitridfilm, der durch Erwärmen von Si in Ammoniak oder N&sub2; bei einer Temperatur von ungefähr 1200ºC (durch thermische Nitrifikation) hergestellt wird, hat eine einem stöchiometrischen Verhältnis gleichartige Zusammensetzung, da der Film bei einem thermischen Gleichgewichtszustand gebildet wird.
Wenn der Si-Kern mit Siliziurnnitrid als Ablagerungsflächenmaterial gezüchtet wird, welches eine höhere Kernbildungsdichte als Si hat, tritt infolge seines Zusammensetzungsverhältnisses eine Differenz der Kernbildungsdichte auf.
Die Fig. 14 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhälntis und der Kernbildungsdichte- zeigt. Wie aus dieser grafischen Darstellung ersichtlich ist, wird bei der Veränderung der Zusammensetzung des Siliziurnnitridfilmes in starkem Ausmaß die Kernbildungsdichte des an dem Siliziumnitridfilm gezüchteten Si verändert. In diesem Fall sind die Kernbildungsbedingungen dadurch gegeben, daß der Druck des SiCl&sub4;-Gases auf 175 Torr verringert wird und das SiCl&sub4; mit dem H&sub2; bei 1000ºC reagiert, wodurch Si entsteht.
Die Erscheinung, bei der die Kernbildungsdichte sich durch die Siliziumnitridzusammensetzung verändert, beeinflußt stark das Ausmaß des Musters aus Siliziumnitrid als dasjenige Muster aus heterogenem Material, welches ausreichend fein genug zu formen ist, das Wachsen des einzelnen Kernes zuzulassen. Das heißt, falls nicht das Siliziumnitrid mit einer Zusammensetzung für eine hohe Kernbildungsdichte mit einem feinen Muster versfehen wird, kann kein einzelner Kern gebildet werden.
Die Kernbildungsdichte und die optimale Größe des Siliziumnitridmusters für das selektive Bilden des einzelnen Kernes müssen gewählt werden. Bei Ablagerungsbedingungen für das Erzielen einer Kernbildungsdichte von beispielsweise 10&sup5; cm&supmin;² ist das selektive Formen eines einzelnen Kernes durch die Siliziumnitrid-Größe von 4 µm oder weniger ermöglicht.
(Erzeugen von heterogenem Material durch lonenimplantation)
An der Oberfläche der Schicht aus SiO&sub2; als Ablagerungsflächenmaterial mit geringer Kernbildungsdichte können zum Erzielen einer großen Kernbildungsdifferenz Ionen von Si, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, Ge oder dergleichen örtlich implantiert werden, um an der SiO&sub2;-Ablagerungsfläche einen denaturierten Bereich zu erzeugen. Dieser denaturierte Bereich kann als Ablagerungsflächenmaterial mit hoher Kernbildungsdichte dienen.
Beispielsweise wird ein Resist auf die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht aufgebracht, mit einem erwünschten Maskenmuster belichtet, entwickelt und aufgelöst, um die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht teilweise freizulegen.
Darauffolgend wird als Quellengas SiF&sub4;-Gas benutzt und es werden in das SiO&sub2; die Si-Ionen mit einer Dotierung von 1 x 10¹&sup6; bis 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;² bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kev implantiert. Der Projektionsbereich ist 11,4 nm. Die Konzentration von Si erreicht an der Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht ungefähr 1022 cm&supmin;³. Der mit den Ionen dotierte Bereich ist amorph.
Zum Formen eines denaturierten Bereiches können die Ionen unter Verwendung eines Resists als Maske implantiert werden. Durch Anwendung der Technik mit einem fokussierten Ionenstrahl kann auf die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht ein fokussierter Si- Ionenstrahl gerichtet werden, ohne eine Resistmaske zu benutzen. Zum Formen eines denaturierten Bereiches, der eine übermäßige Menge an Si an der SiO&sub2;-Oberfläche enthält, wird nach beendeter lonenimplantation das Resistmuster entfernt. Dann wird an der SiO&sub2;-Ablagerungsfläche mit dem denaturierten Bereich epitaxial Si gezüchtet.
Die Fig. 15 ist eine grafische Darstellung, welche die Injektionsmenge an Si-Ionen und die Kernbildungsdichte veranschaulicht.
Aus der Fig. 15 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Dotiermenge von Si&spplus; erhöht wird, sich die Kernbildungsdichte dementsprechend erhöht.
Durch das Ausbilden des ausreichend feinen denaturierten Bereiches kann dieser als heterogenes Material dienen, welches das Wachsen eines einzelnen Kernes zuläßt. Infolgedessen kann auf die vorangehend beschriebene Weise ein Einkristall gezüchtet werden.
Das Formen eines ausreichend feinen denaturierten Bereiches, nämlich das Formen eines Mikromusters kann durch ein Resistmuster oder mit einem fokussierten lonenstrahlenpunkt erzielt werden.

(Si-Ablagerungsverfahren mit Ausnahme des chemischen Bedampfens)

Außer dem chemischen Bedampfen für das Formen eines Einkristalls durch Nutzung der Si-Kernbildung kann ein anderes Verfahren angewandt werden, bei dem durch einen Elektronenstrahler in Vakuum ((10-6 Torr) Si verdampft und auf ein erwärmtes Substrat aufgebracht wird. Im einzelnen reagiert bei der Molekularstrahlepitaxie (MBE) für das Ablagern von Si in einem Hochvakuum (< 10&supmin;&sup9; Torr) der Si-Ionenstrahl mit dem SiO&sub2; bei einer Substrattemperatur von 900ºC und es wird an dem SiO&sub2; kein Si-Kern gebildet (T. Yonehara, S. Yoshioka und S. Miyazawa, "Journal- of Applied Physics 53", 10, Seite 6839, 1983).
Durch Nutzung dieser Erscheinung wurden einzelne Si-Kristallkerne in auf dem SiO&sub2; verstreuten Siliziumnitrid-Mikromustern auf perfekte und selektive Weise gebildet und es wurde Einkristall-Si gezüchtet. In diesem Fall waren die Ablagerungsbedingungen die folgenden: Das Vakuum berug 10&supmin;&sup8; Torr oder weniger, die Si-Strahlstärke war 9,7 x 10¹&sup4; Atome/cm²s und die Substrattemperatur war 900ºC bis 1000ºC.
In diesem Fall wurde durch eine Reaktion SiO&sub2; + Si T 2 SiO ein Reaktionsprodukt als SiO mit einem sehr hohen Dampfdruck gebildet. Durch das Si wurde das SiO&sub2; selbst durch diese Verdampfung geätzt.
An Siliziumnitrid tritt jedoch kein Ätzen auf und es entstehen die Kembildung und Ablagerung.
Zum Erzielen der gleichen Wirkung wie die vorangehend beschriebene kann außer dem Siliziumnitrid als Ablagerungsflächenmaterial mit hoher Kernbildungsdichte Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;), Stliziumnitrid-Oxid (SiON) oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien können auffeine Weise geformt werden und dienen als heterogenes Material, so daß ein Einkristall mit dem heterogenen Material als Zentrum gezüchtet werden kann.

(Züchten von Wolfram-Einkristallen)

Anstelle von Si wird Wolfram benutzt.
Auf SiO&sub2; tritt keine Wolfram-Kernbildung auf, aber das Wolfram kann als polykristalliner Film auf Si, WSi&sub2;, PtSi, Al oder dergleichen aufgebracht werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Einkristalles kann jedoch der Einkristall auf einfache Weise gezüchtet werden.
Im einzelnen wird auf Glas, Quarz oder einem thermisch oxidierten Film mit SiO&sub2; als Hauptbestandteil in Vakuum Si, WSi&sub2;, PtSi oder Al abgelagert und durch Fotolithografie mit einem Muster versehen, um ein Mikromuster mit einer Größe von einigen µm oder weniger zu erhalten.
Darauffolgend wird die sich ergebende Struktur in einen auf 250 bis 500ºC erhitzten Reaktionsofen eingelegt. In den Ofen wird mit einem Druck von ungefähr 0,1 bis 10 Torr ein Gasgemisch aus WF&sub6; und H&sub2; eingeleitet. In diesem Fall beträgt der Durchsatz von WF&sub6; 75 cc/min und der Durchsatz von H&sub2; 10 cc/min.
Gemäß der Darstellung durch die Reaktionsformel WF&sub6; + 3 H&sub2; T W + 6 HF wird Wolfram erzeugt. In diesem Fall reagiert das Wolfram kaum mit dem SiO&sub2; und es werden zwischen diesen keine starken Bindungen erzeugt. Daher tritt keine Kembildung und demgemäß keine Filmablagerung auf.
Ein Wolframkern wird auf Si, WSi&sub2;, PtSi oder Al gebildet. In diesem Fall werden nur einzelne Wolframkerne gebildet. An dem SiO&sub2; wächst ein solcher Kern fortgesetzt in der Querrichtung zu einem Einkristallbereich weiter, da das Wolfram nicht dem Kemwachstum unterzogen ist und nicht als Polykristall gezüchtet werden kann.
Kombinationen aus den Ablagerungsflächenmaterialien, den heterogenen Materialien und den Ablagerungsmaterialien sind nicht auf die bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen dargestellten eingeschränkt. Es kann irgend eine Kombination angewandt werden, falls damit eine ausreichend hohe Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden kann. Erfindungsgemäß kann ein Einkristall mit einem Verbundhalbleiter wie GaAs oder InP gebildet werden, der der selektiven Ablagerung unterzogen wird.
In dem Mehrfach-Elektronenemissionselement gemäß dem vorangehend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Vielzahl von an der Ablagerungsfläche gebildeten Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich jeweils aus einem Einkristall. Es kann die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich wird mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht&sub1; wodurch der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden. Außerdem wird die Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich auf der Ablagerungsfläche geformt, die aus einem Isoliermaterial besteht, so daß die elektrische Isolierung verbessert werden kann und eine Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert werden kann.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselementes kann der Einkristall auf einem Material abgelagert werden, welches infolge von Kristallinität oder dergleichen herkömmlicherweise das Züchten des Einkristalls daran nicht ermöglichen kann. Der Bereich zum Wählen des Einkristallmaterials kann außerordentlich erweitert werden und es kann eine große Fläche eines Einkristalls erzielt werden. Außerdem können die Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke zu erreichen. Es können Schwankungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.
Darüber hinaus kann die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage des feinen Musters aus dem heterogenen Material festgelegt werden und beliebig bestimmt werden. Außerdem können die Formen der Vielzahl der Elektroden mit dem jeweiligen konischen Teilbereich durch die Bedingungen wie die Materialien für die Bestandteil- Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt werden. Die Größe der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann auf einfache Weise gesteuert werden und es können Maßabweichungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsquellen der Mehrfach- Elektronenemissionselemente gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet werden.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material ausgebildet werden, um dadurch die Zuverlässigkeit des Elementes zu verbessern.
Fig. 16A bis 16D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenernissionselernentes nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 16A wird ein Oxidsubstrat 301 aus SiO&sub2; als amorphes Isoliermaterial der Fotoätzung zum Bilden einer Ausnehmung 302 unterzogen.
Gemäß Fig. 16B wird an der Bodenfläche der Ausnehmung 302 (nämlich einer Ablagerungsfläche) an einer Kernbildungsbasis 303 aus Si, Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum gezüchtet. Es wird eine Elektrode 304 mit einem konischen Teilbereich in erwünschter Größe geformt. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die Bodenfläche der Ausnehmung 302 des Oxidsubstrates 301 als Ablagerungsfläche und die Seitenwandfläche der Ausnehmung 302 dient als isolierendes Teil. Das isolierende Teil kann an der Ablagerungsfläche in einem gesonderten Prozeß mit dem gleichen Material wie dasjenige der Ablagerungsfläche oder mit einem hiervon verschiedenen Material gebildet werden.
Gemäß Fig. 16C wird in die Ausnehmung 302 ein Resist eingefüllt und auf dem Resist und dem Oxidsubstrat 301 wird eine Metallschicht 305 wie eine Mo-Schicht gebildet. Außerdem wird ein Fotoresist 306 auf die Metallschicht 305 aufgebracht, und in diesem Fotoätzprozeß belichtet und geätzt, wodurch eine Öffnung 307 gebildet wird.
Schließlich wird gemäß Fig. 16D durch Ätzen eine Öffnung in der Metallschicht 305 gebildet und eine als Ableitelektrode dienende Metallschicht 305 geformt. Das Resistrnuster wird entfernt und auf diese Weise ein Elektronenernissionselement fertiggestellt.
Bei diesem Verfahren wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf dem Oxidsubstrat 301 ausgebildet. Zum Herstellen eines Elektronenernissionselementes auf die vorangehend beschriebene Weise kann jedoch ein Oxidfilm auf einem Unterlagensubstrat ausgebildet werden.
Die Fig. 17 ist eine schematische Teilschnittansicht eines nach dem Verfahren gemäß Fig. 16A bis 16D hergestellten Emissionselernentes.
Gemäß Fig. 17 wird auf einem Unterlagensubstrat 308 aus Si ein Oxidfilm 301a gebildet und in diesem eine Ausnehmung 302 geformt, wobei dadurch das Elektronenemissionselernent auf dem darunterliegenden Si-Substrat gebildet wird. Die nachfolgenden Schritte sind die gleichen wie diejenigen gemäß Fig. 16B bis 16D und deren Beschreibung wird weggelassen.
Die Fig. 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern eines Leitermusters des in Fig. 16A bis 17 dargestellten Elektronenemissionselementes.
Gemäß der Darstellung in Fig. 18 wird in den gemäß Fig. 16A bis 17 hergestellten Elektronenemissionselementen ein Verbindungsanschluß derart ausgebildet, daß an der Bodenfläche der Ausnehmung 302 die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wird, in dem Oxidsubstrat oder dem Oxidfilm 301 eine Rille geformt wird und in der Rille eine Leiterschicht 309 gebildet wird. Der Verbindungsanschluß steht mit der Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich in Verbindung. Aus einer Stromquelle 310 wird zwischen die Leiterschicht 309 und die Metallschicht 305 eine Spannung angelegt, um die Elektronenemission hervorzurufen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird während des Prozesses als Ableitelektrode die Metallschicht wie eine Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Formen der Rille an das Oxidsubstrat oder den Oxidfilm 301 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden.
Bei dem gemäß Fig. 16A bis 17 beschriebenen Verfahren ist die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie das Oxidsubstrat (den Oxidfilm) 301 als Ablagerungsfläche, die Kernbildungsbasis 303, das Material zur Ablagerung und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Ausnehmung 302 und der Öffnung 307 gebildet werden. Daher können Abweichungen der Elektrodenmaße verhindert werden. Die Lage der Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Kernbildungsbasis 303 bestimmt. Daher kann die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden.
Da der Einkristall mit der Kernbildungsbasis 303 als dessen Zentrum geformt werden kann (dessen Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden), ist eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Beispielsweise kann abweichend von dem herkömmlichen Fall ein Einkristall auf einem amorphen Substrat ausgebildet werden und es ist auch eine völlige elektrische Isolierung ermöglicht. Es ist ein großflächiger Einkristall sichergestellt. Außerdem können die Elektronenemissionsbereiche als konische Teilbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke zu erzielen. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 17 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunterliegenden Substrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad gebildet und daher die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf einfache Weise hergestellt werden und die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich kann mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht werden. Der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission können verbessert werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls an der Ablagerungsfläche beschrieben.
Zuerst wird die selektive Ablagerung zum selektiven Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden von Faktoren der Materialien. Diese Faktoren umfassen die Oberflächenenergie, Ablagerungskoeffiz ienten, Absonderungskoeffiz ienten und Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen während des Dünnfilm-Formungsprozesses das Bilden des Kristallkernes.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung kann bei diesem Elektronenemissionselement die Elektrode&sub1; die daran einen konischen Teilbereich hat und die auf der Ablagerungsfläche ausgebildet ist, aus einem Einkristall bestehen. Es kann die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Außerdem kann der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes kann anders als bei dem herkömmlichen Fall ein Einkristall an einem Substrat ausgebildet werden, welches infolge der Kristallinität oder dergleichen nicht das Formen des Einkristalls an diesem zuläßt. Daher kann der Bereich zum Wählen des Einkristallmaterials erweitert werden.
Durch geeignetes Wählen des Materials für das Substrat kann der Einkristall vollständig elektrisch von dem Substrat isoliert werden. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden. Die Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke, zu erzielen. Daher können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und es kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission weiter verbessert werden.
Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage des feinen Musters aus dem heterogenen Material bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf genaue Weise an einer gewünschten Stelle ausgebildet werden. Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann durch Bedingungen wie die Materialien der Bestandteil-Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt werden. Die Größe der Elektrode kann auf einfache Weise gesteuert werden. Es können Maßabweichungen der Elektrode verhindert werden. Infolgedessen kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsquellen des Mehrfach- Elektronenemissionselementes ausgebildet werden.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.
Fig. 19A bis 19F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenemissionselementes nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 19A wird auf einem Substrat 401 aus einem leitenden Material (einschließlich eines Halbleiters) wie Si eine Isolierschicht 402 aus einem isolier enden Material wie SiO&sub2; gebildet.
Gemäß Fig. 19B wird in der Isolierschicht 402 durch Fotoätzen eine Ausnehmung 403 gebildet.
Gemäß Fig. 19C wird in der Bodenfläche der Ausnehmung 403 in der Isolierschicht 402 eine öffnung 404 geformt.
Gemäß Fig. 19D wird an der Bodenfläche der Ausnehmung 403 in Form eines Mikromusters eine Kernbildungsbasis 405 aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet.
Gemäß Fig. 19E wird mit einem an der Kernbildungsbasis 405 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum ein Einkristall 406 wie ein Mo-, W- oder Si- Einkristall geformt. Ein Verfahren zum Formen dieses Einkristalls wird nachfolgend beschrieben. Wenn der Einkristall 406 wächst, wird zugleich an dem in der Öffnung 404 freiliegenden Teil des leitenden Materials ein Einkristall 407 gezüchtet.
Gemäß Fig. 19F wird der Einkristall 406 gezüchtet und mit dem Einkristall 407 verbunden, wodurch eine Elektrode 408 mit einem konischen Teilbereich gebildet wird.
Die Ablagerungskoeffizienten von Einkristallatomen des Materials für den Einkristall 406, des Materials für die Kernbildungsbasis 405, des leitenden Materials des Substrates 401 und des Materials der Isolierschicht 402 sind durch K, L, M und N gegeben. Es muß die folgende Bedingung eingehalten werden:
K > L > M > N
Wenn das leitende Material des Substrates 401 ein Material ist, welches der Bedingung L > M genügt, wird der Einkristall 406 mit der Kernbildungsbasis 405 und dann der Einkristall 407 von der Öffnung 404 weg gezüchtet. Der Einkristall 406 kann mit einer konischen Form wachsen, die dem Einkristall eigentümlich. ist. Nachdem der Einkristall 406 mit dem Einkristall 407 verbunden ist, wächst der Einkristall 406 weiter, während die Form des konischen Teilbereiches beibehalten wird.
Wenn jedoch die Bedingung K > M > L > N gegeben ist und das leitende Material des Substrates 401 ein Material ist, welches der Bedingung L > M genügt, wächst zuerst der Einkristall in der Öffnung 404. Daher ist es schwierig, den Einkristall 406 mit einem konischen Teilbereich zu formen, während dieser auf den in der Kernbildungsbasis 405 gebildeten einzelnen Kern zentriert ist. In diesem Fall muß das Wachsen des Einkristalls 407 unterdrückt werden. Beispielsweise muß die Öffnung 404 ein Loch mit einem sehr kleinen Durchmesser sein und die Dicke der Isolierschicht erhöht werden, um dadurch die Anzahl von Einkristallatomen zu verringern, welche die Oberfläche des freigelegten leitenden Materials erreichen. Alternativ muß die Öffnung 404 mit einem Resist gefüllt werden, bis der Einkristall 406 eine vorbestimmte Größe erreicht. Danach wird der Einkristall 407 gezüchtet.
Als letztes wird auf der Isolierschicht 402 eine Elektrodenschicht wie eine Mo-Schicht gebildet und durch Fotolithografie mit einem Muster zum Formen einer Öffnung 410 oberhalb des konischen Teilbereiches der Elektrode 408 versehen und damit eine als Ableitelektrode dienende Elektrodenschicht 409 gebildet, wodurch das Elektronenemissionselement fertiggestellt wird.
Der an der Oberfläche des leitenden Materials ausgebildete Kristall ist beispielsweise als Einkristall beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch auch bei einem Polykristall anwendbar.
In dem nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellten Elektronenemissionselement ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die in der Isolierschicht gebildete Öffnung hindurch an die Oberfläche des leitenden Materials angeschlossen. Daher kann die Leiterdichte und somit die Packungsdichte des Elementes erhöht werden und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.
Gemäß diesem Verfahren bei diesem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich folgendermaßen mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden: Der Kristall wird in der in der Isolierschicht ausgebildeten Öffnung auf die freiliegende Oberfläche des leitenden Materials abgelagert. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem Kristall, der auf den in dem feinen Muster aus heterogenem Material gebildeten einzelnen Kern zentriert gewachsen ist, wird mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden. In diesem Fall kann ein zusätzlicher Verbindungsprozeß weggelassen werden und ein einfacher elektrischer Anschluß erleichtert werden.
Das ausreichend feine Muster aus heterogenem Material hat eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Isolierschicht und läßt das Wachsen nur an dem auf der Isolierschicht gebildeten einzelnen Kern zu. Der Einkristall wächst auf dem in dem Muster aus heterogenem Material gebildeten einzelnen Kern zentriert. Gemäß diesem Verfahren ist die Elektrode 408 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie die die Ablagerungsfläche bildende Isolierschicht 402, die Kernbildungsbasis 405, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode 408 kann unabhängig von den Größen der Ausnehmung 403 und der Öffnung 410 der Elektrodenschicht 409 gebildet werden. Es können Größenabweichungen der Elektrode 408 unterdrückt werden. Die Lage der Elektrode 408 mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Kernbildungsbasis 405 bestimmt und daher kann die Lage der Elektrode 408 auf beliebige Weise mit hoher Genauigkeit festgelegt werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen des Mehrfach- Elektronenemissionselernentes gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden.
Die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf geformt werden, um eine hohe Feldstärke zu erreichen. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.
Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf der Isolierschicht abgelagert werden, welche üblicherweise infolge von Kristallinität oder dergleichen nicht das Formen des Einkristalls daran zuläßt. Die elektrische Isolierung kann erheblich verstärkt werden und es kann eine große Fläche des Einkristalls gewährleistet werden. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden und der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen dieses Einkristalls auf der Isolierschicht beschrieben.
Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Formen eines Filmes auf einer Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Bilden eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen die Kembildung während der Dünnfilmformung.
In dem Elektronenemissionselement gemäß der vorangehenden Beschreibung ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann elektrisch von dem Substrat isoliert sein und es können die Leitungsdichte und die Verbindungsverläßlichkeit verbessert werden.
Gemäß den Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselementes kann die Elektrode mit dem konischen Einkristall-Teilbereich folgendermaßen elektrisch mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden werden: Der Einkristall wird auf der Oberfläche des leitenden Materials abgelagert, die in der in der Isolierschicht ausgebildeten öffnung freigelegt ist, und wird auf den einzelnen Kern zentriert gezüchtet, der in dem feinen Muster aus heterogenem Materials gebildet ist. Daher kann die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode mit dem konischen Teilbereich und der Oberfläche des leitenden Materials durch einen einfachen Prozeß hergestellt werden.
Die Fig. 20 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Beschreiben eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes.
Fig. 21 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnittes A eines hochohmigen Filmes nach Fig. 20.
Gemäß der Darstellung in Fig. 20 und 21 ist auf einem Oxidsubstrat 501, welches aus einem Isoliermaterial wie SiO&sub2; besteht, eine Vielzahl von Kernbildungsbasen 506 aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet. Auf die in den Kernbildungsbasen 506 jeweils gebildeten einzelnen Kerne zentriert werden Einkristallzonen aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Damit wird eine Vielzahl von hochohmigen Filmen 503 mit konischen Teilbereichen 507 aus einem Einkristall in einer erwünschten Größe gebildet. Die konischen Teilbereiche 507 der hochohmigen Filme 503 dienen jeweils als Elektronenemissionsbereiche. Anders als gemäß Fig. 21 müssen die Kernbildungsbasen 506 nicht in gleichen Abständen ausgebildet sein und können zufallsverteilt gebildet sein. Falls jedoch die Basen 506 in gleichen Abständen gebildet werden, können die Vorsprünge der hochohmigen Filme 503 im wesentlichen gleichförmig sein. Ein Verfahren zum Formen der Einkristallzonen wird nachfolgend beschrieben. An beiden Enden der hochohmigen Filme 503 werden Elektroden 502a und 502b ausgebildet. Auf den Elektroden 502 und dem Oxidsubstrat 501 wird eine Isolierschicht 504 derart gebildet, daß an der den hochohmigen Filmen 503 entsprechenden Stelle eine Öffnung geformt ist. Auf die Isolierschicht wird eine Ableitelektrqde 505 aufgebracht.
In den Elektronenernissionsauslaß oberhalb der jeweiligen hochohmigen Filme 503 wird ein Resist eingefüllt und auf dem Resistmuster sowie dem Isolierfilm wird eine Metallschicht wie eine Mo- Schicht gebildet. Durch Fotoätzung wird in der Metallschicht eine Öffnung gebildet, die den jeweiligen hochohmigen Filmen 503 entspricht. Dann wird das Resistmuster entfernt, um das Elektronenemissionselement fertigzustellen.
Bei dem Verfahren zum Herstellen dieses Elementes wird die Vielzahl von hochohmigen Filmen 503 mit jeweils dem konischen Teilbereich 507 auf dem Oxidsubstrat 501 ausgebildet. Es kann jedoch auf einem Unterlagensubstrat ein Oxidfilm ausgebildet werden und auf diesen der hochohmige Film 503 aufgebracht werden
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ableitelektrode 505 bei dem Formen der Metalischicht wie der Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Bilden der Isolierschicht 504 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden, die dem jeweiligen konischen Teilbereich 507 entspricht.
Bei dem Elektronenernissionselement gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bedingungen für das Formen des Einkristalls des hochohmigen Filmes durch die Bedingungen des die Ablagerungsfläche bildenden Oxidsubstrats 501, der Kernbildungsbasis 506, des Materials zum Ablagern des Einkristalls und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Für die in den entsprechenden Kernbildungsbasen 506 gewachsenen einzelnen Kerne sind identische Bedingungen gewährleistet. Daher können Maßabweichungen des hochohmigen Filmes verhindert werden. Die Lage eines jeden konischen Teilbereiches ist durch die Lage der entsprechenden Kernbildungsbasis 506 bestimmt. Daher kann der konische Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer gewünschten Stelle gebildet werden.
Die Einkristallzone kann unter Zentrierung auf die entsprechende Kernbildungsbasis 506 gezüchtet werden (was nachfolgend in Einzelheiten beschrieben wird). Es ist eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Beispielsweise kann ein Einkristall auf einem amorphen Substrat gebildet werden, welches kaum das Züchten des Einkristalls daran zuläßt. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden.
Außerdem kann der Film mit einer dem Einkristall eigentümlichen konischen Form hergestellt werden. Die Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf gestaltet werden, um eine höhere Feldstärke zu erzielen. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden. Der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich känn mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, um den Schottky- Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern.
Dieses Element kann in dem herk-mmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden und es kann mit einfachen Herstellungsschritten eine hohe Packungsdichte erzielt werden.
Wenn die Ableitelektrode auf dem hochohmigen Film ausgebildet wird, kann die Feldstärke erhöht und der Elektronenernissionswirkungsgrad verbessert werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.
Nachstehend wird die selektive Ablagerung für das selektive Formen eines Filmes auf einer Ablagerungsfläche erläutert. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden zwischen den Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen während des Formens des Dünnfilmes die Kernbildung.
Fig. 22A bis 22C sind Darstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Formen eines Einkristalls und Fig. 23A und 23B sind jeweils eine perspektivische Ansicht des Substrates nach Fig. 22A bzw. 22C.
Gemäß Fig. 22A und 23A wird auf ein amorphes isolierendes Substrat 511 ein Dünnfilm aus einem heterogenen Material mit einer höheren Kernbildungsdichte als das Substrat aufgebracht und mit einem Muster versehen, um in dem Mikromuster aus dem heterogenen Material Zonen 512 zu erhalten, die voneinander um eine Strecke 1 beabstandet sind. Die Zonen 512 des heterogenen Materials enthalten jeweils eine denaturierte Zone, die eine übermäßige Menge an Si und N enthält und die durch Implantieren von Si und N-Ionen in das amorphe isolierende Substrat 511 gebildet ist.
Entsprechend den geeigneten Ablagerungsbedingungen werden einzelne Kerne eines Dünnfilmmaterials jeweils nur in den Zonen 512 des heterogenen Materials gebildet. Eine jede Zone 512 des heterogenen Materials muß mit einem Mikromuster geformt sein, welches fein genug ist, das Formen von nur einem einzigen Kern zuzulassen. Die Mustergröße der Zone 512 des heterogenen Materials ändert sich in Abhängigkeit von den Arten der Materialien, fällt aber in den Bereich von einigen µm. Der Kristallkern wird unter Beibehaltung der Einkristallstruktur gezüchtet und es werden Einkristallinseln 513 gemäß Fig. 22B gebildet. Zum Formen der Inseln 513 müssen die Ablagerungsbedingungen derart bestimmt werden, daß an dem amorphen isolierenden Substrat 511 keine Kernbildungsreaktionen auftreten.
Die Kristallorientierung einer jeden Insel 513 entlang einer zu der Substratoberfläche senkrechten Richtung ist derart bestimmt, daß die Energie an einer Grenzfläche zwischen dem Material des Substrates 511 und dem Dünnfilmmaterial minimal ist, da durch die Kristallfläche die Oberflächen- oder Grenzflächenenergie anisotrop ist. Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist jedoch die Kristallorientierung innerhalb der Oberfläche &es amorphen Substrats nicht festgelegt.
Die Einkristallinseln 513 werden unter Zentrierung auf die entsprechenden Zonen 512 des heterogenen Materials gezüchtet, während die Einkristallstruktur aufrechterhalten wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 22C werden die benachbarten Einkristallinseln 513 miteinander in Ber;ihrung gebracht. Da die Kristallorientierung in der Substratoberfläche nicht festgelegt ist, entsteht an der Stelle zwischen den Zonen 512 des heterogenen Materials eine Kristallgrenzfläche 515.
Die Einkristallinseln 513 wachsen dreidimensional und die Kristalifläche mit geringer Wachstumsgeschwindigkeit tritt als Facette in Erscheinung, wodurch Einkristallzonen 514 mit jeweils einem konischen Teilbereich entstehen. Die Größe einer jeden Einkristallzone 514 ist durch den Abstand 1 zwischen den Zonen 512 des heterogenen Materials bestimmt. Durch geeignetes Festlegen des Formungsrnusters der Zonen 512 des heterogenen Materials kann die Lage der Grenzfläche gesteuert werden. Daher k4nnen Einkristallzonen mit einer vorbestimmten Größe auf erwünschte Weise ausgerichtet werden.
Fig. 24A bis 24C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens für das Formen eines Einkristalis.
Gemäß der Darstellung in Fig. 24A bis 24C wird auf einem erwünschten Substrat 516 ein Dünnfilm 511 aus einem Material gebildet, welches zum Ermöglichen der selektiven Ablagerung eine geringere Kernbildungsdichte hat als das Substrat. An dem Substrat 516 werden die Zonen 512 des heterogenen Materials um eine Strecke 1 voneinander beabstandet gebildet. Auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 22A bis 22C werden die Einkristallzonen 514 gebildet.
Gemäß der vorangehenden ausführlichen Beschreibung sind bei dem Elektronenemissionselement gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Bedingungen für das Formen des Einkristalls des hochohmigen Filmes durch Bedingungen wie das Substrat oder den Isolierfilm als Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material zum Ablagern des Einkristalis und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die konischen Teilbereiche können unter Zentrierung auf die in den Zonen des heterogenen Materials gewachsenen entsprechenden einzelnen Kristallkerne unter identischen Bedingungen geformt werden. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Größen der konischen Teilbereiche verhindert werden. Die Lage des konischen Teilbereiches kann durch die Lage der Zone des heterogenen Materials festgelegt werden. Daher kann der konische Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle gebildet werden.
Da die Einkristallzone auf einfache Weise unter Zentrierung auf die entsprechende Zone des heterogenen Materials gebildet werden kann, ist ein weiter Bereich zum Wählen des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Es kann ein Einkristall auf einem amorphen Substrat gebildet werden, an dem selten das Formen des Einkristalls ermöglicht ist. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden.
Außerdem kann die Einkristallzone mit einer dem Einkristall eigentümlichen konischen Form gebildet werden. Der Elektronenemissionsbereich kann einförmig und scharf geformt werden. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und es kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden. Der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit vorbestimmter Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.
Dadas Elektronenemissionselement in einem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden kann, kann durch einen einfachen Herstellungsprozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.
Wenn auf dem hochohmigen Film eine Ableitelektrode ausgebildet wird, kann die Feldstärke erhöht und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Zum Beispiel kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht werden und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.
Die Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer ersten Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem anderen weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 25 wird auf eine Ablagerungsfläche eines Oxidsubstrates 602, das aus einem amorphen Material wie SiO&sub2; besteht, eine Kernbildungsbasis 603 aus Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet. Auf einen in der Kernbildungsbasis 603 gebildeten einzelnen Kern zentriert wird ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet, wodurch in einer erwünschten Größe eine Elektronenemissionselektrode 604 mit einem konischen Teilbereich geformt wird. Im allgemeinen ist es schwierig, einen Einkristall auf einem Isoliermaterial zu formen, aber diese Formung kann nach einem nachfolgend beschriebenen Verfahren eruelt werden.
Auf der unteren Fläche des aus einem isolierenden Material bestehenden Oxidsubstrates 602 wird eine Spannungsanlegeelektrode 601 gebildet. Die Spannungsanlegeelektrode 601 wird.der Elektronenemissionselektrode 604 gegenübergesetzt.
Oberhalb der Elektronenemissionselektrode 604 wird eine Ableitelektrode 607 gebildet, welche die Feldstärke an dem konischen Teilbereich erhöht und als Ladungszuführvorrichtung dient. Die Ableitelektrode 607 wird derart gebildet, daß auf das Oxidsubstrat 602 eine Isolierschicht mit einer dem elektronenemissionsbereich der Elektronenemissionselektrode 604 entsprechenden Öffnung aufgebracht wird und an der Isolierschicht eine Metaliplatte mit einer dementsprechenden Öffnung angebracht wird.
Oberhalb der Ableitelektrode 607 wird ein Target 605 angebracht, welches mit den von der Emissiönselektrode abgegebenen Elektronen zu bestrahlen ist. Eine Stromquelle 606 wird derart zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektrode 601 geschaltet, daß das Potential an dem Target 605 höher ist als dasjenige der Elektrode 601. Das Ein- und Ausschalten der Stromquelle 606 wird mit einer Schaltvorrichtung 611 gesteuert
Zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 werden parallel zueinander Stromquellen 608 und 609 geschaltet. Die Stromquelle 608 wird derart geschaltet, daß das Potential der Ableitelektrode 607 höher ist als dasjenige der Spannungsanlegeelektrode 601. Die Stromquelle 609 wird derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektrode 601 höher ist als dasjenige der Ableitelektrode 607. Die Stromquellen 608 und 609 werden mit einer Schaltvorrichtung 610 geschaltet.
Nachstehend wird die Funktion der Elektronenemissionsvorrichtung mit dieser Anordnung beschrieben.
Mit der Schaltvorrichtung 611 wird die Stromquelle 606 zum Anlegen einer Spannung zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Mit der Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 608 zum Anlegen einer Spannung zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Damit werden Potentialdifferenzen zwischen der Elektronenemissionselektrode 604, dem Target 605 und der Ableitelektrode 607 erzeugt. Von der Elektronenemissionselektrode 604 werden Elektronen abgegeben (Elektronenemission). In diesem Fall ist der Elektronenemissionsbereich hauptsächlich ein konischer Teilbereich der Elektronenernissionselektrode 604, der eine hohe Feldstärke hat. Durch diese Elektronenemission sammeln sich positive Ladungen an der Elektronenemissionselektrode 604 und die Feldstärke wird verringert. Die Elektronenemissionsmenge wird verringert und letztlich werden nicht länger Elektronen abgegeben.
Mit der Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 609 zum Anlegen einer Gegenspannung (Entladespannung) zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Zugleich wird durch die Schaltvorrichtung 611 die an das Target 605 angelegte Spannung auf 0 V geschaltet. Von der Ableitelektrode 607 werden Elektronen zu der Elektronenemissionselektrode 604 hin abgegeben. Die abgegebenen Elektronen verbinden sich mit den an der Elektronenernissionselektrode 604 gesammelten positiven Ladungen, um die positive Ladung aufzuheben. Daher kann die Elektronenemissionselektrode 604 wieder Elektronen abgeben (Entladevorgang).
Für das Abgeben von Elektronen werden diese Elektronenemission und dieser Entladevorgang wiederholt.
Die Fig. 26 ist eine Äquivalenzschaltbild der in Fig. 25 dargestellten Vorrichtung bei der Elektronenemiss ion.
Ein Widerstand 612 gemäß Fig. 26 ist äquivalent zu dem Widerstand zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604. Ein Widerstand 613 ist äquivalent zu dem Widerstand der Elektronenemissionselektrode 604. Eine Kapazität 614 ist äquivalent zu der Kapazität der Elektronenemissionselektrode 604, des Oxidsubstrates 602 und der Spannungsanlegeelektrode 601. Eine Stromquelle 615 ist äquivalent zu der Stromquelle 606 für das Anlegen einer Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 605 und zu der Stromquelle 608 für das Anlegen einer Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und die Ableitelektrode 607.
Es wird die Höhe der während der Elektronenemission zwischen dem Target und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegenden Spannung in Bezug auf die aus der Stromquelle 615 angelegte Spannung berechnet.
Wenn die Emissionsstromdichte 10A/cm² ist, die Spannung aus der Stromquelle 615 100 V ist und ein Querschnitt des Elektronenemissionsbereiches der Elektronenemissionselektrode 604 1 µm² beträgt, ergibt sich folgender Widerstandswert RA des Widerstandes 612:
RA = 10&sup9; (Ω)
Wenn ein spezifischer Widerstand gleich 10 Ω cm ist, die mittlere Länge 1 der Elektronenernissionselektrode 604 gleich 1 µm ist und deren Querschnitt S 1 µm² ist, ergibt sich ein Widerstandswert RS des Widerstandes 613 folgendermaßen:
RS = 1/S = 10&sup4; (Ω)
Unter den Bedingungen, daß die Dicke d des Oxidsubstrates 602 100 nm ist, die Elektrodenfläche S 10 µm² ist und die spezifische Dielektrizitätskonstante &epsi;s 4 ist, ergibt sich ein Kapazitätswert C der Kapazität 614 folgendermaßen:
C = &epsi;s &epsi;&sub0; S/d = 3,6 x 10&supmin;¹&sup8;
Bei einer Betriebsfrequenz von 1000 MHz ergibt sich eine Impedanz Z der Kapazität 614 folgendermaßen:
z = 5 x 10&sup7; (Ω)
Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Verhältnis der zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegenden Spannung zu der aus der Stromquelle 615 zugeführten Spannung folgendermaßen:

Z / RA + RS + Z < 1/10

Die zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegende Spannung, das heißt, die Spannung für das Ermöglichen der Elektronenemission wird nicht allzu sehr von der Kapazität beeinflußt.
In der vorangehend beschriebenen ersten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und können aus der Elektronenemissionselektrode abgegeben werden, welche unabhängig von der isolierenden Fläche angeordnet ist. Daher kann die Isolations- Durchbruchspannung außerordentlich erhöht werden. Die Leitungsschicht muß nicht entlang der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet werden oder es muß keine Zuleitung durch Erzeugen einer Durchgangsöffnung in der Isolierschicht auf dem leitenden Substrat hergestellt werden. Daher kann die Packungsdichte außerordentlich erhöht werden.
Die Elektronenemissionselektrode 604 muß nicht aus einem Einkristall bestehen, sondern kann aus einem Polykristall bestehen, falls ein konischer Teilbereich geformt werden kann. Falls jedoch die Elektronenemissionselektrode 604 aus einem Einkristall besteht, kann die Elektrode eine konische Form haben, die dem Einkristall eigentümlich ist. Der Elektronenemissionsbereich wird gleichförmig und scharf geformt. Es muß nicht irgendein verjüngungsverfahren angewandt werden und es kann mit Gleichförmigkeit eine höhere Feldstärke erreicht werden. Dadurch können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden. Bei diesem Verfahren wird auf die Ablagerungsfläche eine zu einem feinen Muster geformte Zone aus heterogenern Material aufgebracht, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Ablagerungsfläche hat und das das Wachsen von nur dem einzigen Kern zuläßt, und der Kristall wird unter Zentrierung auf den in der Zone aus dem heterogenen Material gewachsenen einzelnen Kern gezüchtet. Dieses Verfahren kann auch bei anderen Verfahren angewandt werden, wenn ein Polykristall oder dergleichen verwendet wird.
Wenn das Verfahren zum Züchten des Kristalls angewandt wird, der auf den in der Zone des heterogenen Materials gewachsenen einzelnen Kern zentriert ist, können die folgenden Vorteile erzielt werden:
(1) Die Form der Elektronenemissionselektrode mit einem konischen Teilbereich ist durch die Bedingungen wie die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe des konischen Teilbereiches kann auf einfache Weise gesteuert werden. Daher kann ein konischer Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und Abweichungen hinsichtlich seiner Größe können verhindert werden.
(2) Da die Lage der Elektronenemissionselektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Außerdem kann in dem Mehrfach- Elektronenemissionselement die Vielzahl der Elektronenemissionsauslässe gleichförmig in feinen Teilungsabständen angeordnet werden.
(3) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann ein Einkristall auf einem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden und ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung geschaffen werden.
(4) Das Element kann nach dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß erzeugt werden und durch den einfachen Prozeß in hoher Integratiön hergestellt werden.
Nachstehend wird eine zweite Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben, bei der das vorstehende Verfahren angewandt wird.
Die Fig. 27 ist eine schematische Darstellung der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 25 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 27.
Gemäß Fig. 27 werden auf einer Ablagerungsfläche eines Oxidsubstrates 602, das aus einem amorphen Material wie SiO&sub2; besteht, Kernbildungsbasen 603&sub1; bis 603&sub3; aus Si, Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen ausgebildet. Mit den in den Kernbildungsbasen 603&sub1; bis 603&sub3; gebildeten einzelnen Kernen als Zentrum werden Einkristallzonen aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Es werden damit Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; gebildet, die jeweils eine erwünschte Größe und einen konischen Teilbereich haben (wobei die Anzahl der Elektronenemissionselektroden nicht auf "3" eingeschränkt ist).
An der unteren Fläche des aus dem Isoliermaterial bestehenden Oxidsubstrates 602 werden den Elektronenemissionselektroden 6041 bis 6043 gegenübergesetzt Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 601&sub3; ausgebildet. Oberhalb der Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; wird eine Ableitelektrode 607 angebracht, welche die Feldstärke an den konischen Teilbereichen erhöht und als Ladungszuführvorrichtung dient. Oberhalb der Ableitelektrode 607 wird ein mit den aus den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; abgegebenen Elektronen zu bestrahlendes Target 605 angeordnet. Eine Stromquelle 606 wird über eine Schaltvorrichtung 611, einen Impuisgenerator 606 und eine Wählschaltvorrichtung 617 derart zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 601&sub3; geschaltet, daß das Potential an dem Target 605 höher ist als dasjenige an den Spannungsanlegeelektroden. Die an dem Target 605 anliegende Spannung wird durch die Schaltvorrichtung 611 gesteuert.
Die Stromquellen 608 und 609 sind parallel zueinander über eine Schaltvorrichtung 610, den Impulsgenerator 616 und die Wählschaltvorrichtung 617 zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; geschaltet. Die Stromquelle 608 ist derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 6013 niedriger ist als dasjenige der Ablenkelektrode 607. Die Stromquelle 609 ist derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; höher ist als dasjenige der Ablenkelektrode 607. Die Stromquellen 608 und 609 werden durch die Schaltvorrichtung 610 geschaltet.
Während des Elektronenemissionsvorganges schaltet die Wählschaltvorrichtung 617 aufeinanderfolgend die von dem Impulsgenerator erzeugten Impulse ein und führt die Impulse aufeinanderfolgend den Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; zu. Während des Entladevorganges wird aus einer Rückstelleinheit 620 an die gemeinsam daran angeschlossenen Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; eine Entladespannung angelegt.
Während des Entladens werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; miteinander durch die Rückstelleinheit 620 verbunden. Während der Elektronenemission legt die Rückstelleinheit 620 an die ausgeschalteten Spannungsanlegeelektroden eine Vorspannung an, wodurch eine übersprech-Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert wird.
Eine Steuereinheit 618 führt der Rückstelleinheit 620, der Wählschaltvorrichtung 617, dem Impulsgenerator 616, der Schaltvorrichtung 611 und der Schaltvorrichtung 610 Steuersignale zu und steuert die Schaltzeiten und die Impulserzeugungszeiten. Die aus der Steuereinheit 618 abgegebenen Steuersignale werden durch Steuerinformationen gesteuert, welche in einem Speicher 619 gespeichert sind.
Nachstehend wird die Funktion der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung mit der vorstehenden Anordnung beschrieben.
Die Fig. 28 ist ein zeitdiagramm zum Erläutern der Funktiön der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung.
Ein Zeitabschnitt t&sub2; nach Fig. 28 ist ein Elektronenemission-Zeitabschnitt. Während dieses Zeitabschnittes wird durch die Schaltvorrichtung 611 die Stromquelle 606 zum Anlegen einer Spannung V3 an das Target 605 eingeschaltet. Durch die Wählschaltvorrichtung 617 werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; aufeinanderfolgend auf 0 V gelegt. Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird von der Rückstelleinheit 620 an die ausgeschalteten Spannungsanlegeelektroden eine Vorspannung V4 angelegt. Durch die Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 608 zum Anlegen einer Spannung V1 an die Ableitelektrode 607 eingeschaltet.
Es sei angenommen, daß die gewählte Elektrode, nämlich die eingeschaltete Elektrode die Spannungsanlegeelektrode 601&sub1; ist. Zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601&sub1; und das Target 605 wird die Spannung V3 angelegt und zwischen die Ableitelektrode 607 und die Elektrode 601&sub1; wird die Spannung Vl angelegt. Zwischen der Elektronenemissionselektrode 604&sub1; und dem Target 605 wird ein elektrisches Feld errichtet, das für die Elektr6nenemission ausreichend stark ist. Dadurch werden aus der Elektronenemissionselektrode 604&sub1; die Elektronen abgegeben.
In diesem Fall wird an die nicht gewählten bzw. abgeschalteten Spannungsanlegeelektrqden 601&sub2; und 601&sub3; die Vorspannung V&sub4; angelegt. Damit wird zwischen den Elektronenemissionselektroden 604&sub2; und 604&sub3; und dem Target 605 ein elektrisches Feld errichtet, das nicht ausreichend stark für die Elektronenemission ist, so daß keine Elektronen abgegeben werden.
Auf diese Weise werden nacheinander die Spannungen an die Spannungsanlegeelektroden 601&sub2; und 601&sub3; arigelegt und die Elektronen aufeinanderfoygend aus den Elektronenemissionselektroden 604&sub2; und 604&sub3; abgegeben. Falls mehr als drei Spannungsanlegeelektroden, nämlich Spannungsanlegeelektroden 601n mit n > 3 vorgesehen sind, können während des Zeitabschnittes t2 die Spannungsimpulse mit der gleichen Kurvenform nacheinander an die auf die Elektrode 601&sub3; folgenden Spannungsanlegeelektroden angelegt werden.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung sammeln sich durch die Elektronenemission an den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; positive Ladungen an. Während der entsprechenden Elektronenemission-Zeitabschnitte werden die Feldstärken abgeschwächt und die Elektronenemissionsmengen verringert. Infolgedessen werden nicht länger Elektronen abgegeben.
Ein Zeitabschnitt t1 ist ein Entlade- Zeitabschnitt. Durch die Rückstelleinheit 620 werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; miteinander verbunden und auf 0 V gelegt. Durch die Wählschaltvorrichtung 617 und die Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 609 zum Anlegen einer Spannung -V2 an die Ableitelektrode 607 eingeschaltet. Durch die Schaltvorrichtung 611 wird das Target 605 auf 0 V gelegt. In diesem Fall wird eine hohe Spannung V2 derart zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; angelegt, daß das Potential der Elektroden 601&sub1; bis 601&sub3; höher ist als dasjenige der Elektrode 607. Zwischen den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; und der Ableitelektrode 607 wird ein elektrisches Feld errichtet, das für die Elektronenemission ausreichend stark ist. Aus der Ableitelektrode 607 werden Elektronen abgegeben. Die abgegebenen Elektronen verbinden sich mit den in den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; angesammelten positiven Ladungen, um die positive Ladung aufzuheben. Daher können die Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; wieder Elektronen abgeben.
Danach erfolgt in dem nächsten Elektronenemission-Zeitabschnitt die Elektronenemission. Auf diese Weise werden für die Abgabe der Elektronen abwechselnd die Elektronenemission und der Entladevorgang wiederholt.
In der vorangehend ausführlich beschriebenen zweiten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt, um die Emission von Elektronen aus den Elektronenemissionselektroden zu ermöglichen, welche ohne Anschluß auf der isolierenden Fläche ausgebildet sind. Daher kann die dielektrische Durchbruchsspannung beträchtlich erhöht werden. Die elektrische Isolation zwischen den benachbarten Elektroden kann erheblich verbessert werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist daher fur eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsquellen geeignet, die gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet sind. Außerdem muß keine Zuleitungsschicht entlang der Fläche aus dem isolierenden Material ausgebildet werden oder in einer auf ein leitendes Substrat aufgebrachten Isolierschicht keine Durchgangsöf fnung gebildet werden, so daß dadurch die Packungsdichte der Vorrichtung beträchtlich erhöht wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zum Anlegen von Spannungskomponenten zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das Target die Spannungsimpulse im Zeitmultiplex an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden angelegt, wodurch die Elektronenernissionsvorgänge herbeigeführt werden. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung mit einer großen Anzahl von Elektronenemissionselektroden vereinfacht werden. Wenn beispielsweise eine Spannung an die Schaltvorrichtung 611 synchron mit den Wählzeiten für die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; nach Fig. 27 angelegt wird, können die Elektronen aus der gewählten Elektronenernissionselektrode abgegeben werden. Die Wählsignale müssen nicht den Spannungsanlegeelektroden zugeführt werden
Wenn gemäß der Darstellung bei der ersten und der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung die Ableitelektrode zum Erhöhen der Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode ausgebildet ist und auch als Ladungszuführvorrichtung dient, muß keine gesonderte Ladungs zuführvorrichtung vorgesehen werden, wodurch die Schaltungsanordnung vereinfacht ist.
Nachstehend wird eine bei einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete dritte Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben.
Die Fig. 29 ist eine schematische Darstellung der dritten Elektronenemissionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen wie bei der ersten Elektronenemissionsvorrichtung nach Fig. 25 bezeichnen gleiche Teile bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung und eine ausführliche Beschreibung der Teile wird weggelassen.
Die Gestaltung der dritten Elektronenemissionsvorrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Elektronenemissionsvorrichtung. Es sind die Ableitelektrode als Ladungszuführvorrichtung, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen (jedoch kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden, wenn die Ableitelektrode 607 zum Aufnehmen einer positiven Spannung angeordnet ist). Ein Substrat 621 ist kein völlig isolierendes Substrat, sondern ein Halbleitersubstrat, welches einen Leckstrorn zuläßt. Wenn bei der Elektronenemission die Elektronen abgegeben werden, wird durch das Substrat 621 aus dem Haibleitermaterial hindurch von der Spannungsanlegeelektrode 601 her die abgegebene Ladungskomponente der gegenübergesetzten Elektronenemissionselektrode zugeführt.
Das halbleitende Material kann ein Metall wie Pd oder ein Halbleitermaterial wie In&sub2;O&sub3;, ZnO oder SnO&sub2; sein. Das Substrat 621 kann allein aus einem halbleitenden Material bestehen. Im Hinblick auf eine schnelle Ladungszuführung ist es jedoch vorzuziehen, ein dünnes Substrat zu formen. Im allgemeinen wird auf ein isolierendes Substrat ein leitender Film aufgebracht. Wenn die vorangehend genannten Materialien zu Filmen geformt werden, ergeben sich ihre Schichtwiderstände folgendermaßen: ungefähr 102 bis 10&sup7; Ω/ für Pd, ungefähr 10² bis 10&sup8; Ω/ für In&sub2;O&sub3;, ungefähr 10² bis 10&sup8; Z/ für ZnO und ungefähr 10² bis 10&sup8; Z/ für SnO&sub2;.
Die Herstellungsbedingungen für das Aufbringen von SnO&sub2; auf ein Glassubstrat durch reaktive Zerstäubung sind die folgenden:
(1) Zerstäubungsgerät SPF-312H (Nichiden Anelba K.K.)
(2) Herstellungsbedingungen Target: SnO&sub2; (99,9%) (Furuuchi Kagaku K.K.) Zerstäubungsgas: O&sub2; (100%) Hochfrequenzleistung: 400 W Zerstäubungsdruck: 5 x 10&supmin;³ Torr Substrattemperatur: 200ºC Ablagerungsdauer: 20 Minuten
(3) Ausglühbedingung 300ºC, 1 Stunde (N&sub2;-Atmosphäre)
Unter diesen Bedingungen kann auf einem Glassubstrat ein SiO&sub2;-Film in einer Dicke von ungefähr 50 bis 100 nm gebildet werden.
Die Fig. 30 ist ein Äquivalenzschaltbild dieser Elektronenemissionsvorrichtung während der Elektronenemissjon. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 26 bezeichnen in Fig. 30 die gleichen Teile und deren ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
Gemäß Fig. 30 wird mit einer äquivalenten Quelle 615 eine Spannüng zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 6Q5 angelegt, da die Ableitelektrode 607, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen sind. Ein äquivalenter Widerstand 622 stellt den Widerstand des Halbleitermaterials für den Leckstrom dar und ist zu der Kapazität 614 parallel geschaltet.
Die Fig. 31 ist ein zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der vorangehend beschriebenen dritten Elektronenemissionsvorrichtung.
Wenn gemäß Fig. 31 aus der äquivalenten Quelle 615 während eines Zeitabschnittes t3 eine Impulsspannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 605 angelegt wird, wird das Potential der Elektronenemissionselektrode 605 erhöht. Wenn die Elektronen aus der Elektrode 604 abgegeben werden, wird deren Potential weiter erhöht. Dieses Potential wird erhöht, bis die Potentialdifferenz zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 "O" ist. Daher wird das Potential auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Dabei wird die Spannung an den beiden Seiten der Kapazität 614 mit einer Zeitkonstante erhöht, die durch die Widerstandswerte der Widerstände 612, 613 und 622 und den Kapazitätswert der Kapazität 614 bestimmt ist.
Wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 verringert wird und die Elektronenemission endet, wird die äquivalente Quelle 615 während eines Zeitabschnittes t4 ausgeschaltet gehalten. Dabei wird das abgeschaltete Target 605 elektrisch von der Elektronenemissionselektrode 604 getrennt und es fließt kein Strom zwischen diesen. Das heißt, der Widerstandswert des äquivalenten Widerstandes 612 ist im wesentlichen unendlich. Da gemäß der vorangehenden Beschreibung das Substrat 621 aus einem halbleitenden Material besteht, wird die Ladung an der Kapazität über den äquivalenten Widerstand 622 entladen.
Die Zeitabschnitte t3 und t4 werden auf geeignete Weise derart eingestellt, daß sie der für das Laden und das Entladen erforderlichen Zeit entsprechen, so daß die Elektronenemission kontinuierlich herbeigeführt werden kann.
Eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete vierte Elektronenemissionsvorrichtung ist im wesentlichen gleich der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung gemäß Fig. 27 mit der Ausnahme, daß die Ableitelektrode 607 als Ladungszuführvorrichtung, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen sind (wobei jedoch der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden kann, wenn die Ableitelektrode 607 zur Aufnahme der positiven Spannung ausgebildet wird) und daß das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht, wobei eine ausführliche Beschreibung der Vorrichtung weggelassen wird.
Wenn während der Elektronenemission eine Spannung mit der gleichen Kurvenform wie gemäß dem Zeitdiagramm in Fig. 28 an das Target 605 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; angelegt wird, kann die Elektronenemission kontinuierlich herbeigeführt werden. Der Entladevorgang bei dieser Vorrichtung ist der gleiche wie bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung und dessen ausführliche Beschreibung wird weggelassen. In diesem Fall ist während eines Zeitabschnittes t3 eine für das Entladen der Ladungen aus den jeweiligen Elektroden ausreichende Zeitdauer erforderlich.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls auf einer Ablagerungsfläche beschrieben.
Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Bilden eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen die Kembildung während des Dünnfilm Erzeugungsprozesses.
Gemäß dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsverfahren wird die während der Elektronenemission aus der Elektronenemissionselektrode abgeflossene Ladung nach der Elektronenemission wieder ergänzt. Die Elektronenemissionselektrode kann daher auf der Isolierschicht ausgebildet werden und die dielektrische Durchbruchsspannung der Vorrichtung kann erhöht werden. Es muß keine Leitungsschicht entlang der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet werden oder keine Durchgangsöffnung in einer Isolierschicht auf einem leitenden Substrat gebildet werden. Daher kann die Packungsdichte der Vorrichtung außerordentlich erhöht werden.
Bei der ersten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen nach der Elektronenemission aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und die auf der isolierenden Fläche ausgebildete isolierte Elektronenemissionselektrode kann die Elektronen kontinuierlich abgeben. Daher kann die dielektrische Durchbruchsspannung beträchtlich erhöht werden. Die der Elektronenemissionselektrode zuzuführende Ladungsmenge kann beliebig eingestellt werden und es kann auch die für die Entladung benötigte Zeit beliebig gewählt werden.
Bei der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung werden nach dem Elektronenemissionsvorgang die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und die Elektronen können kontinuierlich aus der Vielzahl der isolierten Elektronenemissionselektroden auf der isolierenden Fläche abgegeben werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann beträchtlich erhöht werden. Die elektrische Isolation zwischen den benachbarten Elektroden kann verbessert werden. Diese Vorrichtung ist als Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von in feinen Teilungsabständen gleichförmig ausgebildeten Elektronenemissionsquellen geeignet. Außerdem kann die den Elektronenemissionselektroden zugeführte Ladungsmenge beliebig eingestellt werden und auch die für die Entladung benötigte Zeit beliebig gewählt werden.
Ferner wird an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden zum Anlegen von Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das Target die Spannung im Zeitmultiplex angelegt, wodurch die Elektronenemission herbeigeführt wird. In diesem Fall kann eine Schaltungsanordnung mit einer größeren Anzahl von Elektronenemissionselektroden vereinfacht werden, die Anzahl von Bauelementen verringert werden und die Packungsdichte erhöht werden.
Wenn in der ersten und der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung die Ableitelektrode zum Erhöhen der Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode gestaltet ist und als Ladungszuführvorrichtung dient, muß keine gesonderte Ladungszuführvorrichtung gebildet werden, wodurch die Schaltungsanordnung vereinfacht ist.
Bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung ist die Elektronenemissionselektrode auf einem Halbleitermaterial ausgebildet und die während der Elektronenemission aus der Elektronenemissionselektrode abgeflossene Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann erhöht werden. Außerdem muß keine besondere Ladungszuführvorrichtung gebildet werden und die Gestaltung der Vorrichtung kann vereinfacht werden.
Bei der vierten Elektronenemissionsvorrichtung ist die Vielzahl von Elektronenemissionselektroden äuf einem Halbleitermaterial ausgebildet. Die während der Elektronenemission aus der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden abfließende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann erhöht werden. Die elektrische Isolierung zwischen den benachbarten Elektroden kann verbessert werden. Diese Vorrichtung kann auf geeignete Weise als Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von in feinen Teilungsabständen gleichförmig ausgebildeten Elektronenemissionsquellen verwendet werden. Es muß keine gesonderte Ladungszuführvorrichtung vorgesehen werden und die Gestaltung der Vorrichtung kann vereinfacht werden.
Fig. 32A bis 32F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 32A wird auf eine Ablagerungsfläche eines Substrates 701, das aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; besteht, eine Kernbildungsbasis 702 aus einem heterogenen Material wie Si oder- Si&sub3;N&sub4; aufgebracht.
Gemäß Fig. 32B wird mit einem in der Kernbildungsbasis 702 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Dadurch wird eine Elektrode 703 in einer erwünschten Größe mit einem konischen Teilbereich gebildet. Nachfolgend ist der auf der Ablagerungsfläche gebildete Kristall als Einkristall beschrieben. Der auf der Ablagerungsfläche gebildete Kristall ist jedoch nicht auf den Einkristall beschränkt, sondern kann zu einem Polykristall erweitert sein. Das Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Auf die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich und auf das Substrat 701 wird ein isolierendes Material wie ein Polyimidharzfilm oder ein Acrylatfilm abgelagert.
Gemäß Fig. 32C wijrd auf der Isolierschicht 704 eine Elektrodenschicht 705 wie eine Mo-Schicht ausgebildet. Ein Fotoresist 706 wird auf die Elektrodenschicht 705 aufgebracht und zum Bilden einer Öffnung direkt über dem konischen Teilbereich der Elektrode 703 belichtet.
Gemäß Fig. 32D wird die Elektrodenschicht 705 zum Bilden einer Öffnung 707 geätzt.
Gemäß Fig. 32E wird die Isolierschicht 704 selektiv durch die Öffnung 707 hindurch zum Bilden einer Öffnung 708 in der Weise geätzt, daß zumindest der konische Teilbereich der Elektrode 703 freigelegt ist.
Schließlich wird gemäß Fig. 32F zum Fertigstellen des Elektronenemissionselementes das Fotoresist 706 entfernt.
Bei diesem Verfahren wird die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich auf dem SiO&sub2;-Substrat 701 gebildet. Zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes auf die vqrstehend beschriebene Weise kann jedoch ein Film 701a aus amorphem SiO&sub2; auf ein darunterliegendes Substrat aufgebracht werden
Die Fig. 33 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Schritt bei dem Herstellen eines anderen Elektronenemissionselementes nach dem Verfahren gemäß Fig. 32A bis 32F veranschaulicht.
Gemäß Fig. 33 wird auf einem Si- Unterlagensubstrat 709 ein amorpher Film 701a gebildet. Auf den amorphen Film 701a wird die Kernbildungsbasis 702 aufgebracht, wobei dadurch das Elektronenernissionselernent auf dem darunterliegenden Si-Substrat ausgebildet wird. Die darauffolgenden Schritte sind die gleichen wie diejenigen nach Fig. 32B bis 32F und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.
Gemäß der Beschreibung bezüglich des Verfahrens zum Herstellen der Elektronenemissionsvorrichtungen nach Fig. 32A bis 33 wird eine Elektrode mit einem als Elektronenemissionsbereich dienenden konischen Teilbereich auf einem einzelnen Kern zentriert, der in einer zu einem Mikromuster geformten Zone aus heterogenern Material gebildet ist, und auf einer reinen Oberfläche ausgebildet. Aufeinanderfolgend werden eine Isolierschicht und darauf eine Ableitelektrode gebildet, um die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Einkristall zu erhalten, der im wesentlichen frei von Kristalldefekten ist. Die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig geformt werden, um eine Erhöhung der Feldstärke zu erzielen. Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 33 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunterliegenden Substrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht werden, um dadurch die zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
Auf der Ablagerungsfläche wird eine Zone eines zu einem ausreichend feinen Musters geformten heterogenen Material gebildet, welches eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Ablagerungsfläche hat und das Wachsen von nur einem einzigen Kern zuläßt. Der Kristall wird mit dem in der Zone des heterogenen Materials gewachsenen einzelnen Kern als Zentrum gezüchtet. Bei diesem Verfahren ist die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie die die Ablagerungsfläche bildende Isolierschicht 704, die Kernbildungsbasis 702, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe der Elektrode 703 wird unabhängig von der Größe der Öffnung 707 bestimmt. Es können Maßabweichungen der Elektroden 703 verhindert werden. Die Lage der Elektrode 703 kann durch die Lage der Kernbildungsbasis 702 festgelegt werden. Damit kann die Elektrode 703 mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen des Mehrfach-Elektronenernissionselementes gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet werden.
Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann auf einfache Weise durch den Einkristall gebildet sein. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden und der konische Teilbereich als Elektronenernissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit vorbestimmter Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, um dadurch den Schottky-Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern.
Ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche wird nachstehend beschrieben.
Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden von Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen die Bildung des Kernes bei dem Dünnfilm-Erzeugungsprozeß.
Gemäß dem vorangehend ausführlich beschriebenen Verfahren wird eine Elektrode mit einem als Elektronenernissionsbereich dienenden konischen Teilbereich auf einen in einem zu einem Mikromuster geformten heterogenen Material gebildeten einzelnen Kern zentriert und auf einer reinen Oberfläche ausgebildet. Darauffolgend werden eine Isolierschicht und darauf eine Ableitelektrode gebildet, um die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Kristall zu erhalten, der im wesentlichen frei von Kristalldefekten ist. Die Formen der konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig gebildet werden, um eine Erhöhung der Feldstärke zu erzielen. Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.
Ferner kann die Ablagerungsfläche auf einer darunterliegenden Schicht aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsschicht auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad gebildet werden und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung beträchtlich verbessert werden.
Die Fig. 34 ist eine schematische Teilschnittansicht eines Elektronenemissionselernentes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß Fig. 34 wird auf einem Substrat 801 aus Si oder dergleichen eine Isolierschicht 802 aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; gebildet. Die Isolierschicht 802 wird einer Fotoätzung zum Formen einer Ausnehmung 807 unterzogen. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient eine Bodenfläche 807a der Ausnehmung 807 als Ablagerungsfläche und die Seitenwandfläche besteht aus dem isolierenden Material, wobei diese in einem einzigen Prozeß gebildet werden. Das isolierende Material kann jedoch in einem gesonderten Schritt auf die Ablagerungsfläche aufgebracht werden. Das Material des isolierenden Teiles kann das gleiche wie dasjenige der Ablagerungsfläche sein oder aus einem hiervon verschiedenen Material bestehen.
Auf der Bodenfläche 807a (Ablagerungsfläche) der Ausnehmung 807 wird eine Kernbildungsbasis 803 ausgebildet, die aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; besteht. Mit dem in der Kernbildungsbasis 803 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Si-Einkristall gezüchtet. Es wird ein leitendes Teil 804 mit einem konischen Teilbereich gebildet und auf das leitende Teil 804 wird ein wärmebeständiger leitender Film 805 aufgebracht, um dadurch eine Elektrode 808 mit einem konischen Teilbereich herzustellen. Das Material für das leitende Teil 804 ist nicht auf ein bestimmtes Material eingeschränkt, sofern ein vorbestimmter Strom hindurchfließen kann. Somit kann das leitende Material ein Halbleiter oder ein Leiter sein. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls des leitenden Teiles wird nachfolgend beschrieben.
Der wärmebeständige leitende Film 805 besteht aus W, LaB&sub6; oder dergleichen und wird auf das leitende Teil 804 nach einem beliebigen Herstellungsverfahren aufgebracht. Beispielsweise wird zum Bilden eines Filmes an einem leitenden Teil aus einem Si-Einkristall die chemische Dampfablagerung (CVD) ausgeführt, um an dem Si- Einkristall die folgende chemische Reaktion hervorzurufen:
Si + WF&sub6; T W + SiF&sub4;
so daß an dem Si-Einkristall-Film ein W-Film entsteht.
Nahe an dem konischen Teilbereich der Elektrode 808 wird über der Isolierschicht 802 eine Ableitelektrode 806 gebildet. Die Ableitelektrode 806 kann folgendermaßen gebildet werden: Die Ausnehmung 807 wird mit einem Resist gefüllt und es wird auf der Resistschicht und der Isolierschicht 802 eine Metallschicht wie eine Mo-Schicht gebildet. Die Metallschicht wird der Fotoätzung zum Formen einer Öffnung nahe an dem konischen Teilbereich der Elektrode 808 unterzogen. Zum Schluß wird der Resistfilm entfernt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Material der Ablagerungsfläche nicht auf das isolierende Material beschränkt. Es kann auch ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material verwendet werden. Bei der Verwendung eines isolierenden Materials kann jedoch die dielektrische Durchbruchsspannung erhöht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf das Substrat 801 die Isolierschicht 802 aufgebracht, um die Ablagerungsfläche zu bilden. Als Ablagerungsfiäche kann jedoch auch die Oberfläche eines isolierenden Substrates dienen.
Die Fig. 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern des Leitungsanschlusses des Elektronenemissionselementes gemäß diesem Ausführungsbeispiel
Gemäß Fig. 35 känn der Anschluß dieses Elektronenemissionselementes folgendermaßen vorgenommen werden: Nachdem auf der Bodenfläche 807a der Ausnehmung 807 die Elektrode 808 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wurde, wird in der Isolierschicht 802 eine Rille gebildet. In der Rille wird eine Leitungsschicht 809 gebildet und mit der Elektrode 808 mit dem konischen Teilbereich verbunden. Zwischen die Leitungsschicht 809 und die Ableitelektrode 806 wird eine Spannung derart angelegt, daß das Potential der Ableitelektrode 806 höher ist als dasjenige der Leitungsschicht 809 und die Elektronenemission herbeigeführt werden kann. Bei der vorangehend beschriebenen Gestaltung wird die Ableitelektrode 806 derart gebildet, daß in dem Prozeß die Metallschicht wie die Mo-Schicht geätzt wird. Es kann jedoch nach dem Formen der Rille an die Isolierschicht 802 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden.
Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement besteht die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem leitenden Teil mit dem konischen Teilbereich und dem daran ausgebildeten wärmebeständigen leitenden Film. Damit kann der Elektronenemissionsbereich durch den leitenden Film mit der hohen Wärmebeständigkeit gebildet werden, um eine durch das Schmelzen dvrch die Erwärmung verursachte Verformung des konischen Teilbereiches zu verhindern. Außerdem besteht der Großteil der Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem leitenden Teil mit hoher Leitfähigkeit, wodurch eine unnütze Wärmeerzeugung verhindert wird.
Das leitende Teil besteht im Hinblick auf dessen Leitfähigkeit vorzugsweise aus einem Einkristall. Das Material für das leitende Teil ist jedoch nicht auf den Einkristall eingeschränkt, sondern kann ein Polykristall oder dergleichen sein. Das Verfahren zum Formen des leitenden Teils ist nicht auf das vorangehende beschriebene Verfahren zum Züchten des Einkristalls beschränkt. Obgleich das in Fig. 1 dargestellte Verfahren angewandt werden kann, hat das Einkristall-Züchtungsverfahren zum Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als dasjenige der Ablagerungsfläche hat, um das Bilden von nur einem einzigen Kristallkern zuzulassen, und zum Züchten des Kristalls mit dem einzigen Kern als Zentrum die folgenden Vorteile:
(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Öffnungen in dem isolierenden Teil und in der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und es können Abweichungen hinsichtlich ihrer Größe verhindert werden.
(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer gewünschten Stelle gebildet werden. Ein Mehrfach-Elektronenemiss ionselement kann derart gestaltet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden kann.
(3) Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich hat eine dem Einkristall eigentümliche konische Form und die Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig und scharf geformt werden. Daher muß nicht ein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig und hoch sein. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden.
(4) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat ausgebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.
(5) Da das Elektronenemissionselement in dem herkömmlichen Prozeß zur Halbleiterherstellung gebildet werden kann, kann mit dem einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.
Zunächst wird die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absohderungskoeffiz ienten, die Oberflächendiffus ionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen die Bildung des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-Formungsprozeß.
Fig. 36A ist eine schematische Darstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung, bei der ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird, und Fig. 36B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereiches a in Fig. 35A.
Fig. 37 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der in Fig. 36A und 36B dargestellten Elektronenemissionsvorrichtung.
Gemäß Fig. 36A wird auf ein Substrat 901 eine Spannungsanlegeelektrode 902 aus einem Metall (z.B. Al, Ta, Mo oder W) oder aus einem Halbleiter (z.B. Si) aufgebracht. Auf die Spannungsanlegeelektrode 902 wird eine Isolierschicht 903 aufgebracht, die aus einem Isolator wie Al&sub2;O&sub3;, Ta&sub2;O&sub5; oder SiO&sub2; besteht und eine Dicke von 5 bis 15 nm hat. Gemäß Fig. 36B wird auf der Isolierschicht 903 an der Stelle, die der Elektrode 902 gegenüberliegt&sub1; eine Kernbildungsbasis 909 ausgebildet, die aus einem Material besteht, welches von demjenigen der Isolierschicht 903 verschieden ist. Mit dem in der Kernbildungsbasis 909 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Si-Einkristall gebildet, um eine Elektronenemissionselektrode 907 zu erhalten, die eine Größe von ca. 5 bis zu 1000 nm sowie einen im wesentlichen konischen Teilbereich hat.
Auf die Isolierschicht 903 wird eine Metallschicht 904 aus Al, Au oder Pt aufgebracht und mit der Elektronenemissionselektrode 907 verbunden. Das Material der Elektrode 907 ist, nicht auf den Einkristall eingeschränkt, sondern kann stattdessen ein Polykristall sein. Bei der Verwendung des Einkristalls können jedoch die Leitfähigkeit und der Elektronenemissionswirkungsgrad der Elektrode 907 verbessert werden. Im allgemeinen ist es schwierig, einen Einkristall auf der Oberfläche von isolierendem Material zu bilden. Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren zum Formen des Einkristalls kann jedoch der Einkristall auf einfache Weise auf der Isqlierschicht gebildet werden.
Es ist anzumerken, daß ein Verfahren zum Formen der Elektronenemissionselektrode 907 nachfolgend beschrieben wird.
Auf die Metallschicht 904 wird eine Isolierschicht 905 aufgebracht, die aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder Polyimidharz besteht und die eine auf die Elektrode 907 zentrierte Öffnung hat. Auf die Isolierschicht 905 wird eine Ableitelektrode 906 mit einem Elektronenemissionsauslaß aufgebracht.
Wenn zwischen die Elektrode 902 und die Metallschicht 904 eine bestimmte Spannung angelegt wird, kann die Elektrode 902 durch einen Tunneleffekt leitend mit der Elektrode 907 verbunden werden. Dabei wird aus einer Stromquelle 911 an die Ableitelektrode 906 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential der Elektrode 906 hoch ist. Aus einer Stromquelle 910 wird an ein Target 908 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential des Targets 908 hoch ist. Dadurch werden von dem konischen Teilbereich der Elektrode 907 weg Elektronen abgegeben.
In der Elektronenemissionsvorrichtung mit der vorangehend beschriebenen Gestaltung werden die an die Elektrode 902 angelegte Spannung und die an die Metalischicht 904 angelegte Spannung derart gesteuert, daß die Elektronen zu einer gewünschten Zeit abgegeben werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 36A ist an die Elektrode 902 ein Impuisgenerator 913 und an die Metallschicht 904 ein Impuisgenerator 912 angeschlossen. Gemäß Fig. 37 wird während eines Zeitabschnittes t1 an die Elektrode 902 eine negative Spannung V1 und an die Metalischicht eine Spannung V angelegt. Dabei muß die Potentialdifferenz (V1 - 0) auf einen Wert eingestellt werden, der einen vorbestimmten Wert übersteigt, bei dem die Elektronen durch den Tunneleffekt durch die Isolierschicht 903 hindurchtreten und von dem konischen Teilbereich der Elektronenemissionselektrode 907 weg abgegeben werden. Während eines Zeitabschnittes t2 werden an die Elektrode 902 eine negative Spannung V2 (> V1) und an die Metalischicht 904 eine negative Spannung V3 angelegt. Wenn die Potentialdifferenz (V3 - V2) auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Wertes angesetzt wird, wird der Tunnelfluß von Elektronen verhindert und die Leitung zwischen den Elektroden 902 und 907 unterbrochen. Wenn an die Metalischicht 904 die negative Spannung V1 angelegt wird und die Potentialdifferenz (V3 - V1) auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird die Tunneiströrnung verhindert. Damit wird die elektrische Trennung zwischen den Elektroden 902 und 907 aufrechterhalten.
Die vorstehend beschriebene Elektronenemissionssteuerung durch die Impulsspannungen kann auf geeignete Weise bei einer Matrix-Mehrfach-Elektronenemiss ionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsquellen angewandt werden.
Die Fig. 38 ist ein Äquivalenzschaltbild eines Elektronenemissionsbereiches in der erfindungsgemäßen Mehrfach-Elektronenemissionsvorrichtung.
Fig. 39A und 39B sind Zeitdiagramme zum Erläutern der Zeitsteuerung von an die in Matrixform angeordneten Elektroden angelegten Spannungen.
Dioden 914&sub1; bis 9143&sub3; gemäß Fig. 38 haben MIM- Struktur aus jeweils Elektroden 902, der Isolierschicht 903 und den Elektronenemissionselektroden 907. Wenn durch beliebiges Wählen der Elektroden 902&sub1; bis 902&sub3; und der Metallschichten 904&sub1; bis 904&sub3; eine bestimmte Spannung angelegt wird, um die gewählte Metallschicht auf hohes Potential zu legen, werden die Dioden an den gewünschten Stellen eingeschaltet. Gemäß der Darstellung in Fig. 39A und 39B wird während eines Zeitabschnittes t4 an die Elektrode 902&sub1; eine Spannung Vi und an die Metalischichten 904&sub1; bis 904&sub3; aufeinanderfolgend die Spannung 0 V angelegt. Dadurch werden nacheinander die Dioden 914&sub1;&sub1;, 914&sub1;&sub2; und 914&sub1;&sub3; eingeschaltet. Während Zeitabschnitten t5 und t6 werden die Dioden nacheinander in der Aufeinanderfglge von der Diode 914&sub2;&sub1; bis zu der Diode 914&sub3;&sub3; eingeschaltet. Dabei ist die in Fig. 36 dargestellte Ableitelektrode 906 für die (nicht dargestellten) Elektronenemissionselektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; gemeinsam vorgesehen, welche mit den Metallschichten 904&sub1; bis 904&sub3; verbunden sind. Wenn zwischen die Ableitelektrode 906 und das Target 908 eine spannung derart angelegt wird, daß das Potential der Elektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; höher ist als dasjenige an dem Target 908, werden aus den konischen Teilbereichen der an die Dioden 914&sub1;&sub1; bis 914&sub3;&sub3; angeschlossenen Elektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; Elektronen abgegeben.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen der Elektronenemissionselektrode 907 beschrieben.
Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Erzeugen eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, so daß das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als dessen Zentrum hat die folgenden Vorteile:
(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Öffnungen des isolierenden Teiles und der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe ausgebildet werden und es können Abweichungen ihrer Größe verhindert werden.
(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Ein Mehrfach-Elektronenemiss lonselement kann derart gebildet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden.
(3) Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich hat eine dem Einkristall eigentümliche konische Form und die Elektronenemissionsbereiche werden gleichmäßig und- scharf geformt. Daher muß kein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig und hoch werden. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden.
(4) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf einem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden, wobei sich dadurch ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.
(5) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden kann, ist durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erz ielbar.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.
Es wird im folgenden die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffiz ienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen das Bilden des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-Formungsprozeß
Die Fig. 40 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Beschreiben einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.
Die Fig. 41A ist eine vergrößerte Darstellung eines Elektronenemissionsbereiches der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung und die Fig. 41B ist eine Draufsicht auf den Elektronenemissionsbereich.
Gemäß Fig. 40 und 41A wird auf einem Oxidsubstrat 1001 aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2;, welches eine Ablagerungefläche bildet, eine Vielzahl von Kernbildungsbasen 1002 aus einem heterogenen Material wie Si&sub3;N&sub4; ausgebildet. Die Kernbildungsbasen 1002 sind voneinander um gleiche Strecken beabstandet. Mit dem jeweils in der entsprechenden Kernbildungsbasis 1002 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Mo-, ein W- oder ein Si-Einkristall gezüchtet. Damit können Elektroden 1007 mit jeweils einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden. Der konische Teilbereich einer jeweiligen Elektrode 1007 dient als Elektronenemissionsbereich. Die Ablagerungsfläche außerhalb der Fläche aus dem heterogenen Material dient als eine Fläche, an der kein Kristallkern gebildet wird. Daher kann das Wachsen des Einkristalls in einem Bereich außerhalb der auf die Kernbildungsbasis 1002 zentrierten Fläche verhindert werden. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben.
Es wird eine Isolierschicht 1005 aufgebracht, die aus SiO&sub2; oder dergleichen besteht und die eine auf die jeweilige Elektrode 1007 zentrierte öffnung hat, und in der Isolierschicht 1005 wird eine auf die Elektrode 1007 zentrierte schalenförmige Ausnehmung gebildet. In der Ausnehmung wird zum Herstellen einer Ableitelektrode 1003 eine Metallschicht wie eine Mo- Schicht gebildet. Auf die Ableitelektrode 1003 wird eine Isolierschicht 1006 aus SiO&sub2; oder dergleichen aufgebracht. Auf der Isolierschicht 1006 werden gemäß Fig. 41B ein Elektrodenpaar 1004&sub1; und 1004&sub3; und ein Elektrodenpaar 1004&sub2; und 1004&sub4; ausgebildet.
Oberhalb der Elektroden 1007 wird eine Leuchtstoffeinheit 1008 gebildet, die Flächeneinheiten 1009 enthält, welche jeweils aus einer Matrix aus drei Zeilen und drei Spalten bestehen, wobei jede Spalte oder jede Zeile aus Leuchtstoffen für Rot R, Grün G und Blau B besteht. Benachbarte Flächeneinheiten sind voneinander um eine vorbestimmte Lücke beabstandet. Die Flächeneinheiten 1009 werden gemäß den Teilungsabständen der Elektroden 1007 derart ausgebildet, daß sie jeweils den Elektroden 1007 gegenübergesetzt sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ableitelektrode 1003 bei dem Prozeß zum Formen der Metallschicht wie der Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Aufbringen der Isolierschicht 1005 an die Isolierschicht 1005 eine Metallplatte mit Öffnungen angeklebt werden.
Nachstehend wird die Funktion der Anzeigevorrichtung mit dieser Gestaltung beschrieben.
Die Fig. 42 zeigt den Aufbau des Elektronenernissionsbereiches der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung. Zum Vereinfachen der Darstellung sind die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; weggelassen.
Die Fig. 43 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Elektronenemissionsfunktion von Anschlußleitungen und Ableitelektroden, die in Form einer Matrix angeordnet sind.
Die Fig. 44 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung.
Die in Fig. 43 dargestellten Anschlußleitungen für die Elektronenemissionsbereiche können derart hergestellt werden, daß auf der Ablagerungsfläche die jeweilige Elektrode 1007 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wird, in der Isolierschicht eine Rille gebildet wird und in der Rille eine Leitungsschicht 10010 gebildet wird, die der Anschlußleitung nach Fig. 43 entspricht. Die Leitungsschicht 10010 wird mit der Ableitelektrode 1003 in Verbindung gebracht. Aus einer Spannungsquelle V3 wird zwischen die Leitungsschicht 10010 und die Ableitelektrode 1003 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential an der Ableitelektrode 1003 Hz"her ist als dasjenige an der Leitungsschicht 10010 und daß aus dem konischen Teilbereich der Elektrode 1007 Elektronen abgegeben werden.
Die Steuerung der Elektronenemission zwischen der Leitungsschicht 10010 und der Ableitelektrode 1003 erfolgt derart, daß aufeinanderfolgend an die Anschlußleitungen 10010&sub1; bis 10010&sub4; 0 V angelegt werden, an die Ableitelektroden 1003&sub1; bis 1003&sub4; jeweils Transistoren angeschlossen werden und zu einem gewünschten Zeitpunkt Spannungssignale für eine erwünschte Ableitelektrode eingegeben werden, wodurch aus der Elektrode 1007 an einer beliebigen Elektronen emittiert werden.
Wenn zwischen die gewählte Elektrode 1007 und die Leuchtstoffeinheit 1008 eine Spannung derart angelegt wird, daß das Potential an der Leuchtstoffeinheit 1008 höher ist als an der gewählten Elektrode 1007, treten die abgegebenen Elektronen zwischen den Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und den Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; hindurch und werden auf die entsprechende Flächeneinheit 1009 der Leuchtstoffeinheit 1008 aufgestrahlt. Wenn dabei eine bestimmte Spannung aus einer Spannungsquelle V2 zwischen die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; angelegt wird, können die Elektronen in Y-Richtung nach Fig. 44 abgelenkt werden. Wenn eine bestimmte Spannung aus einer Spannungsquelle Vl zwischen die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; angelegt wird, werden die Elektronen in der X-Richtung nach Fig. 44 abgelenkt.
In der Anzeigevorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Gestaltung wird die Menge an emittierten Elektronen durch das Steuern der an die Leitungsschicht 10010 und die Ableitelektrode 1003 angelegten Spannung gesteuert. Durch die an die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; angelegten Spannungen können die Elektronen zu einer erwünschten Stelle einer jeweiligen Leuchtstoffläche der Flächeneinheit 1009 gestrahlt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die Elektrode mit dem konischen Teilbereich nicht aus einem Einkristall bestehen, sondern kann aus einem nicht monokristallinen Material wie einem Polykristall hergestellt werden. Falls jedoch die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Einkristall besteht, können die Formen der Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf gestaltet werden. Es muß kein zusätzliches Anspitzungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig erhöht werden.
Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können verhindert werden und es können die Leitfähigkeit und der Wirkungsgrad der Elektrqnenemiss ion verbessert werden. Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden des zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, damit das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als dessen Zentrum hat die folgenden Vorteile:
(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Es kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer gewünschten Größe gebildet werden und es können Abweichungen ihrer Größe verhindert werden.
(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt ist, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle gebildet werden. Ein Mehrfach- Elektronenemissionselement kann derart gebildet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt ist.
(3) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat ausgebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt. Da außerdem das amorphe isolierende Substrat verhältnismäßig preisgünstig ist und zu einer großen Fläche geformt werden kann, kann leicht eine großflächige Anzeigevorrichtung hergestellt werden.
(4) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden kann, ist durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielbar.
Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht zum Erhalten einer Anzeigevorrichtung für niedrige Spannung ein konischer Teilbereich einer Elektrode aus zumindest einem durch Kemzüchtung gebildeten Halbleiterkristall und einem Material mit geringer Austrittsarbeit, um dadurch den Wirkungsgrad der Elektronenernission zu verbessern.
Der Halbleiterkristall kann ein p- Halbleiterkristall und/oder ein n-Halbleiterkristall sein. Bei der folgenden Beschreibung werden für das Emittieren von Elektronen ein p-Halbleiterkristall und ein Material mit geringer Austrittsarbeit verwendet.
Nachstehend wird das Prinzip des Elektronenemissionsvorganges beschrieben.
Die Fig. 46 ist ein Energiebanddiagramm eines Metall-Halbleiter-überganges.
Die Fig. 47 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche des p-Halbleiters.
Gemäß der Darstellung in Fig. 46 muß zum Erzielen eines NEA-Zustandes, bei dem ein Vakuumniveau Evac niedriger als das Energieniveau eines Leitungsbandes Ec des p-Halbleiters ist, auf die Oberfläche des Halbleiters ein Material für das Verringern einer Austrittsarbeit Φm aufgebracht werden. Ein typisches Beispiel. für ein solches Material ist ein Alkalimetall und insbesondere Cs, Cs-O oder dergleichen. Wenn der Zustafläche, bei dem die Austrittsarbeit Φ1/8m an der Oberfläche des Halbleiters gering ist, und ferner der NEA-Zustand erreicht ist, können die in den p-Halbleiter injizierten Elektronen leicht emittiert werden, wodurch ein Elektronenemissionselement mit einem hohen Wirkungsgrad der Elektronenemission erzielt wird.
Der Übergang zwischen dem p-Halbleiter und dem Material mit der geringen Austrittsarbeit wird in Sperrichtung :vorgespannt, um das Vakuumniveau Evac auf ein Niveau zu legen, welches niedriger ist als dasjenige des Leitungsbandes Ec des p-Halbleiters.
Infolgedessen kann auf einfache Weise eine größere Energiedifferenz AE als die herkömmliche Energiedifferenz erzielt werden. Selbst wenn das Vakuumniveau Evac höher als das Energleniveau E&des Leitungsbandes des p-Halbleiters bei dem Gleichgewichtszustand ist, kann der NEA-Zustand leicht durch Verwendung eines chemisch stabilen Materials erreicht werden, welches eine verhältnismäßig hohe Austrittsarbeit Φm hat, aber als Material mit geringer Austrittsarbeit definiert ist.
Die vorstehend beschriebene Elektronenemissionsstrucktur wird zum Erzielen eines Elementes für niedrige Spannung und damit zum Verbessern des Wirkungsgrades der Elektronenemission in einer Vorrichtung verwendet, die einem Feldeffekt- Elektronenemissionselement gleichartig ist.
Gemäß der Beschreibung in "Philips J. Res." 39, S. 59 und 60, 1984, ist es möglich, ein Elektronenemissionselement mit einem n- Halbleiterkristall und einem Material mit geringer Austrittsarbeit herzustellen.
Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, so daß das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als Zentrum hat die folgenden Vorteile:
(1) Der einzelne Kristallkern aus dem heterogenen Material wird nur an der Kernbildungsfläche gebildet und es wird kein Kern an dem Ablagerungsflächenbereich gebildet, welcher als Fläche dient, an der der Kern nicht gebildet wird. Daher besteht der konische Teilbereich der Elektrode nur aus einem Einkristall. Als konischer Teilbereich des Elektronenemissionsbereiches kann die dem Einkristall eigentümliche Facette genutzt werden.
(2) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Herstellungsbedingungen wie die Ablagerungsfläche, die Fläche des heterogenen Materials, das Material der Elektrode und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Daher kann eine Elektrode mit eirier erwünschten Größe gebildet werden und deren Abweichungen können verhindert werden.
(3) Die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Fläche des heterogenen Materials bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann mit hoher Genauigkeit an einer-erwünschten Stelle ausgebildet werden.
(4) Anders als bei dem herkömmlichen Verfahren kann auf einfache Weise ein Einkristall auf einer amorphen isolierenden Fläche gebildet werden.
(5) Das Elektronenemissionselement kann gemäß dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden und mit dem einfachen Prozeß kann dessen Packungsdichte erhöht werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 49 bis 50B wird ausführlich ein Elektronenemissionselement gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
Fig. 48 ist eine schematische Teilschnittansicht dieses Elektronenemissionselernentes. Fig. 49 ist eine
Darstellung zum Erläutern der Funktion des Elektronenemiss jonselementes.
Gemäß Fig. 48 und 49 wird auf ein Oxidsubstrat 1101, welches aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; besteht und eine Ablagerungsfläche bildet, eine Kernbildungsbasis 1102 aus einem heterogenen Material wie Si&sub3;N&sub4; aufgebracht. An einem in der jeweiligen Kernbildungsbasis 1102 gebildeten einzelnen Kristallkern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein- Si-Einkristall gezüchtet, in den ein n-Fremdstoff eindotiert wird. Es wird eine n- Halbleiterzone 1109 gebildet. Auf der n- Halbleiterzone 1109 wird -durch Dotieren eines p Fremdstoffes eine p-Halbleiterzone 11010 gebildet. Die p-Halbleiterzone 11010 hat eine dem Einkristall eigentümliche Facette. Auf die p-Halbleiterzone 11010 wird eine 10 nm dicke Zone 11011 aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit wie CsSi oder dergleichen aufgebracht, um eine Elektrode 11013 mit einem konischen Teilbereich herzustellen, der als Elektronenemissionsbereich dient. Ein bevorzugtes Material mit geringer Austrittsarbeit hat eine Austrittsarbeit von 2,5 eV oder weniger und kann beispielsweise Li, Na, K, Rb, Sr, Cs, Ba, Eu, Yb oder Fr sein. Wenn die Stabilisierung der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen-Austrittsarbeit in Betracht gezogen wird, kann ein Alkalimetall-Silizid wie CsSi oder RbSi verwendet werden. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben.
Die n-Halbleiterzone 1109 der Elektrode 11013 wird mit einer auf dem Oxidsubstrat 1191 ausgebildeten leitenden Schicht 1103 verbunden. Auf die leitende Schicht 1103 wird eine Isolierschicht 1104 aufgebracht, die aus SiO&sub2; oder dergleichen besteht und die eine auf die gebildete Elektrode 11013 zentrierte Öffnung hat. Auf der Isolierschicht 1104 wird eine mit der p-Halbleiterzone 11010 verbundene leitende Schicht 1105 gebildet. Auf die leitende Schicht 1105 wird eine Isolierschicht 1106 aufgebracht. Auf der Isolierschicht 1106 wird eine mit der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit verbundene leitende Zone 1108 gebildet. Auf der Isolierschicht 1106 außerhalb der leitenden Zone 1108 wird eine Isolierschicht 1107 gebildet, auf die eine Ableitelektrode.11012 aufgebracht wird.
In dem Element mit dieser Struktur wird zwischen die n-Halbleiterzone 1109 und die p-Halbleiterzone 11010 eine Spannung V2 derart angelegt, daß das Potential der p-Halbleiterzone höher ist als dasjenige der n-Halbleiterzone. Zwischen die p- Halbleiterzone 11010 und die Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit wird eine Gegenvorspannung Vi angelegt. Zwischen die p- Halbleiterzone 11010 und die Ableitelektrode 11012 wird eine Spannung V3 derart angelegt, daß das Potential der Ableitelektrode 11012 höher ist als dasjenige der p-Halbleiterzone 11010. Unter diesen Bedingungen können von der Oberfläche der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit Elektronen abgegeben werden. Diese Funktion wird nachstehend beschrieben.
Fig. 50A ist ein Energiebanddiagramm bei einem Gleichgewichtszustand und Fig. 50B ist ein Energiebanddiagramm bei einem Betreiben des Elementes.
Wenn gemäß Fig. 49 an den p-n-übergang die Durchlaßvorspannung V2 angelegt wird und zwischen die p-Halbleiterzone 11010 und die Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit die Sperrvorspannung Vi angelegt wird, ändert sich das Energieband gemäß der Darstellung in Fig. 50B, um den NEA-Zustand zu erreichen, bei dem das Vakuumniveau Evac um AE niedriger ist als dasjenige des Leitungsbandes Ec der p-Halbleiterzone 11010. Aus diesem Grund werden die aus der n-Halbleiterzone 1109 in die p-Halbleiterzone 11010 injizierten Elektronen von der Oberfläche der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit weg abgegeben und es kann daher ein hoher Elektronenemissionswirkungsgrad mit einer größeren Energiedifferenz ΔE als bei dem herkömmlichen Fall erzielt werden.
Für das Vergrößern der Energiedifferenz ΔE durch Sperrvorspannung ist das Metall-Material nicht auf Cs oder Cs-O eingeschränkt, welches eine geringe Austrittsarbeit hat. Vielmehr kann das Material aus einem weiten Materialsbereich einschließlich von Alkalimetallen und Alkali-Erdmetallen gewählt werden. Es kann ein stabileres Material gewählt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an die Ableitelektrode 11012 eine positive Spannung angelegt, so daß durch den Schottky-Effekt eine Verringerung der Austrittsarbeit auftritt. Daher kann die Emission einer größeren Elektronenmenge erzielt werden.
Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden der n- und p-Halbleiterzone durch Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, um das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern zuzulassen, und durch Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als Zentrum hat die folgenden Vorteile:
(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles tind die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von der Größe der Öffnung der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und Abweichungen ihrer Größe können verhindert werden.
(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone aus dem heterogenen Material bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Es kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen der Elektronenemissionsbereiche festgelegt werden.
(3) Da die p-Halbleiterzone eine dem Einkristall eigentümliche konische Form hat und der Elektronenemissionsbereich gleichmäßig und scharf geformt werden kann, muß kein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden. Die Feldstärke kann gleichförmig und hoch werden, Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können verhindert werden und die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden. Daher kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden.
(4) Abweichend von dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.
(5) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden kann, kann durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.
Es wird die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffiz ienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen das Bilden des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-Formungsprozeß.

Claims

1. Elektronenemissionselernent, das

a) eine Isolierschicht (201), die mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (202) versehen ist, und

b) eine auf der Isolierschicht (201) ausgebildete Ableitelektrode (205) aufweist, gekennzeichnet durch

c) eine Vielzahl von Einkristall-Elektroden (204), die einen konischen Teilbereich haben und die an der Bodenfläche der Ausnehmungen (202) angebracht sind.

2. Elektronenemissionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzelnen Ausnehmung (202) eine einzelne Elektrode (204) ausgebildet ist.

3. Elektronenemissionselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (201a) auf einer erwünschten Unterlagen- schicht (207) ausgebildet ist.

4. Elektronenemissionselernent nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkristall-Elektroden (204) zum Bilden von Elektrodenreihen angeordnet sind und Elektrodenleiterschichten (206&sub1;206&sub3;) dazu ausgebildet sind, die Elektroden (204) der Elektrodenreihen jeweils zum Bilden einer Matrixforrn zu verbinden.

5. Elektronenemissionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht (207) aus einem amorphen Material besteht.

6. Elektronenemissionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht (401) aus einem leitenden Material besteht und daß eine Elektrode (408) mit dem konischen Teilbereich der Einkristall-Elektrode (406) an einem Einkristallkern (405) zentriert ist, der in einem an der Isolierschicht (402) gebildeten heterogenen Material gewachsen ist, wobei das heterogene Material eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher als diejenige des leitenden Materials ist, und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen von allein dem Einkristallkern (405) zuzulassen, wobei das leitende Material durch eine in der Isolierschicht (402) gebildete Öffnung (407) hindurch mit der Elektrode (408) verbunden ist.

7. Elektronenernissionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkristall-Elektrode mit dem konischen Teilbereich ein leitendes Teil (804) ist und daß an dem leitenden Teil (804) ein hitzebeständiger leitender Film (805) gebildet ist.

8. Elektronenemissionselement mit auf einer Isolierschicht (501) ausgebildeten hochohmigen Filmen (503) und an beiden Enden der hochohmigen Filme (503) ausgebildeten Elektroden (502), dadurch gekennzeichnet, daß an der Isolierschicht (501) eine Vielzahl von Zonen (506) eines heterogenen Materials gebildet ist, welches eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige eines Materials der Isolierschicht (501), und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachstum allein von Einkristallkernen zuzulassen, und daß die hochohmigen Filme (503) jeweils aus Einkristall-Zonen (514) mit einer Vielzahl von konischen Teilbereichen (507) gebildet sind, die an den Einkristallkernen zentriert sind, welche in den Zonen (506) des heterogenen Materials gewachsen sind.

9. Elektronenemissionselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der hochohmigen Filme (503) eine Ableitelektrode (505) gebildet ist.

10. Elektronenernissionselernent nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (511) auf einer erwünschten Unterlagenschicht (516) ausgebildet ist.

11. Elektronenernissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionselektroden (604) mit jeweils einem konischen Teilbereich, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von Spannungsanlegeelektroden (601), die über eine Isolierschicht (602) der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) gegenübergesetzt ausgebildet sind, eine Fangelektrode (605), die mit den Elektronen zu bestrahlen ist, welche von der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) emittiert werden,

eine Ladungszuführvorrichtung zum Zuführen von Ladung zu der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) und eine Vorrichtung (606, 611) zum Anlegen einer Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektronen (601) und die Fangelektrode (605),

wobei jede der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) aus einem Einkristall besteht.

12. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenemissionselement eine einzelne Elektronenemissionselektrode (604) aufweist.

13. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungszuführvorrichtung eine Ableitelektrode (607) aufweist.

14. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (602) aus einem Halbleitermaterial (621) besteht.

15. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (606, 611) zum Anlegen der Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und die Fangelektrode (605) eine Vorrichtung (617) zum Anlegen einer Spannung an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und einer Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und die Fangelektrode (605) im Zeitmultiplex enthält.

16. Elektronenemissionselernent, das eine Vielzahl von Elektronenernissionselektroden (703; 1007), die einen konischen Teilbereich haben und die an einer Ablagerungsfläche eines Substrates (701; 1001) ausgebildet sind, eine Isolierschicht (704; 1005), die an der Ablagerungsfläche ausgebildet ist und die Öffnungen (708) hat, welche jeweils an den konischen Teilbereichen zentriert sind, und eine Ableitelektrode (705; 1003) aufweist, die an der Isolierschicht (704; 1005) ausgebildet ist und die oberhalb der konischen Teilbereiche Öffnungen (707) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenemissionselektroden (703; 1007) jeweils aus einem Einkristall bestehen.

17. Elektronenemissionselernent nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall an einem einzelnen Kristallkern zentriert ist, der in einem auf der Ablagerungsfläche gebildeten heterogenen Material (702; 1002) gewachsen ist, wobei das heterogene Material eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher als diejenige eines Material der Ablagerungsfläche ist, und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen von nur dem einzelnen Kristallkern zuzulassen.

18. Elektronenemissionselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (701; 1001) aus einem amorphen Isoliermaterial besteht.

19. Elektronenemissionsvorrichtung mit einem Elektronenernissionselernent nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen die Ableitelektrode (1003) und die Elektronenemissionselektrode (1007), eine auf der Ableitelektrode (1003) ausgebildete zweite Isolierschicht (1006) und eine auf der zweiten Isolierschicht (1006) ausgebildete Ablenkelektrode (1004).

20. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 19, gekennz eichent durch Leitungselektroden (10010&sub1;-10010&sub4;), die jeweils eine Reihe von Elektronenemissionselektroden (1007) verbinden, und Leitungselektroden (1003&sub1;-1003&sub4;), welche die auf der Isolierschicht (1005) ausgebildete Ableitelektrode bilden, um eine Matrixform zu bilden.

21. Anzeigevorrichtung mit einer Elektronenernissionsvorrich tung gemäß Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Leuchtstoffeinheit (1008), die der Elektronenemissionselektrode (1007) gegenübergesetzt ausgebildet ist, wobei die Leuchtstoffeinheit (1008) durch die von der Elektrode (1007) abgegebenen Elektronen erregt wird.

22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bewegungsstreckenbereich von Elektronen, die durch die Ablenkelektrode (1004) abgelenkt sind, eine Vielzahl von Leuchtstoffbereichen (1009) ausgebildet ist, wobei der Bewegungsstreckenbereich innerhalb der Leuchtstoffeinheit (1008) liegt.

23. Elektronenemissionselement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Teilbereich der Elektrode (11013) aus einem durch Kristallkemzüchtung gebildeten Halbleiter-Einkristall und/oder einem Material mit geringer Austrittsarbeit besteht.

24. Elektronenemissionselement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß

der konische Teilbereich eine p-Halbleiterzone (11010) und ein Material enthält, das geringe Austrittsarbeit hat und mit der p-Halbleiterzone (11010) zum Bilden einer Grenzschicht verbunden ist, und

an die Grenzschicht eine Gegenvorspannung zum Nutzen eines Negativelektronenaffinität-Zustandes (NEA-Zustandes) zum Emittieren von Elektronen aus einer Oberfläche des Materials mit der geringen Austrittsarbeit angelegt ist, wobei die Elektronen aus dem p-Halbleitersubstrat (11010) emittiert werden.

25. Verfahren zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes nach Anspruch 1 in Schritten, bei denen in einer Isolierschicht (201) eine Vielzahl von Ausnehmungen (202) gebil det wird, an den Bodenflächen der Ausnehmungen (202) eine Vielzahl von Elektronenemissionselektroden (204) mit jeweils einem konischen Teilbereich gebildet wird und auf der Isolierschicht (201) eine Ableitelektrode (205) gebildet wird, von der ein Teil nahe an zumindest den konischen Teilberei chen gebildet wird, gekennzeichnet durch einen Schritt, bei dem die Vielzahl der Elektronenernissionselektroden (204) derart gebildet wird, daß Einkristallzonen gezüchtet werden, die an Einkristallkernen in Zonen (203) aus heterogenern Material zentriert sind, welches eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige des Isoliermaterials an den Bodenflächen der Ausnehmungen (202) ist, und das Wachsen allein der Einkristallkerne zuläßt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (201) auf einer erwünschten Unterlagenschicht (207) gebildet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vielzahl der Ausnehmungen (202) zum Bilden von Ausnehmungsreihen angeordnet wird,

zwischen den die jeweiligen Ausnehmungsreihen bildenden Ausnehmungen (202) Nuten gebildet werden, in den Nuten jeweilige Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;- 206&sub3;) gebildet werden,

jede der Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;-206&sub3;) zum gemeinsamen Verbinden der Elektroden (204) einer jeden der Elektrodenreihen angepaßt wird und eine Vielzahl von die Ableitelektrode bildenden Ableitelektroden (205&sub1;-205&sub4;) mit den Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;- 206&sub3;) in Matrixforrn verbunden wird.

28. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Schritte, bei denen in den Bodenflächen der Ausnehmungen (403) eine Öffnung (404) zum teilweisen Freilegen einer Substratoberfläche gebildet wird, wobei die Substratoberfläche aus einem leitenden Material besteht, und

an dem in der Öffnung (404) freiliegenden Bereich der Oberfläche aus dem leitenden Material ein Kristall (407) gezüchtet wird und die Oberfläche aus dem leitenden Material mit der Elektrode (408) mit dem konischen Teilbereich verbunden wird.

29. Verfahren zum Herstellen eines Elektronenernissionselernents nach Anspruch 16 mit Schritten, bei denen auf einer Ablagerungsfläche eines Substrates (701) eine Elektronenemissionselektrode (703) mit einem konischen Teilbereich gebildet wird, auf der Ablagerungsfläche eine Isolierschicht (704) mit einer auf den konischen Teilbereich zentrierten Öffnung (708) gebildet wird und auf der Isolierschicht (704) nahe an dem konischen Teilbereich eine Ableitelektrode (705) gebildet wird, gekennzeichnet durch eine Schritt, bei dem die Elektronenemissionselektrode (703) mit dem konischen Teilbereich durch eine Einkristallzone gebildet wird, die auf einen Einkristallkern in einem auf die Ablagerungsfläche aufgebrachten heterogenen Material (702) zentriert ist, wobei das heterogene Material (702) eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige eines Materials des Substrates (701), und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen allein des Einkristallkernes zuzulassen.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerungsfläche auf einer erwünschten Unterlagenschicht (709) gebildet wird.

31. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichent durch Schritte, bei denen auf der Isolierschicht (704) eine Elektrodenschicht (705) gebildet wird,

in der Elektrodenschicht (705) an einer dem konischen Teilbereich entsprechenden Stelle eine Öffnung (707) gebildet wird und

durch die Öffnung (707) hindurch die Isolierschicht (704) selektiv geätzt wird, um zumindest den konischen Teilbereich freizulegen.