Спосіб виготовлення двоелектродних автоемісійних кремнієвих катодів субмікронних розмірів

1. Спосіб виготовлення двоелектродних автоемісійних кремнієвих катодів субмікронних розмірів, який включає формування вістер катодів шляхом термічного окислення поверхні кремнію, фотолітографії, ізотропного сухого травлення, загострення вістер окисленням та мокрим травленням, селективного покриття катодів захисною плівкою, який відрізняється тим, що по одній технології отримують одношпильові, багатошпильові або лезоподібні катоди з екстракційними і 3 34271 4 плівками, що прискорює їх руйнацію і відсутні еле9. Осадження шару SіO2, Фіг.11. ктроди для фокусування електронних променів. 10. Осадження другого шару полікремнію, В основу корисної моделі поставлено завданФіг.12. ня з використанням стандартного КМОН напівпро11. Осадження шару нітриду кремнію Si3N4, відникового технологічного процесу, виготовити Фіг.13. двоелектродні автоемісійні кремнієві катоди субмі12. Фотолітографія 2 і формування масок під кронних розмірів з екстракційними і фокусуючими апертури фокусуючи х електродів, Фіг.14. електродами, які зможуть експонувати області 13. Травлення шару полікремнію для утворен(пікселів) різних розмірів, матимуть більшу стабіня апертури фокусуючого електроду. Фіг.15. льність геометричної форми і емісійного струму, 14. Газове хімічне ізотропне травлення шару підвищену довговічність, понижену робочу напругу SiO2 під фокусуючим електродом, Фіг.16. катод-електрод. 15. Фотолітографія 3 і формування масок під Поставлене завдання досягається тим, що для апертуру екстракційного електроду. Фіг.17. виготовлення двоелектродних автоемісійних кре16. Травлення шару полікремнію для утворенмнієвих катодів субмікронних розмірів використоня апертури екстракційного електроду, Фіг.18. вується стандартний КМОН напівпровідниковий 17. Газове хімічне ізотропне травлення шару технологічний процес і фотолітографії мікронної SiO2 під екстракційним електродом, Фіг.19. роздільної здатності. Субмікронні розміри елемен18. Травлення маски після фотолітографії 3, тів можуть бути отримані, наприклад, за допомоФіг.20. гою запатентованого авторами способу [5]. Використовуючи відповідні набори масок в На поверхню кремнієвих катодів осаджується фотолітографіях 1, 2 і 3 можна отримати катоди з плівка тугоплавкого металу (наприклад вольфраодношпильовими (Фіг.21), багатошпильовими му), стійкого до бомбардування залишкових газів і (Фіг.22) та лезоподібними вістрями (Фіг.23) та відсорбуючого їх краще ніж кремній. Це дозволяє повідно розміщеними екстракційними і фокусуюперіодично чистити плівку від сорбованих газів чими електродами. імпульсним нагрівом і зменшувати р уйнацію катоРезультати комп'ютерного моделювання покадів. зали, що можна виготовити двоелектродні автоШар окисла кремнію SіO2 стравлюється тільки емісійні кремнієві катоди субмікронних розмірів з з верхівок вістрь катодів, що зменшує небажану використанням технологічних операцій стандартемісію з мікронерівностей бокових поверхонь. ного КМОН напівпровідникового технологічного Екстракційні електроди формуються за допопроцесу і фотолітогра фії мікронної роздільної здамогою літографії на попередньо спланаризованотності. Так отримано наступні розміри одношпиму шарі окисла кремнію SіO2, тому їх можна розмільового катоду: висота - 0,6 мкм, апертура - 0,6 стити як вище (Фіг.1), так і нижче катоду (Фіг.2), а мкм, висота верхівки вістря - 0,1 мкм. величина апертури, не залежить від висоти катоду Дана технологія може використовуватися як у і її можна зменшувати до 60 нм. промисловому, так і у дослідноСпосіб конкретного використання. експериментальному виробництві для виготовленДля експериментальної перевірки запропононя двоелектродних автоемісійних кремнієвих каваного способу була розроблена і промодельоватодів субмікронних розмірів з використанням техна на комп'ютері технологія виготовлення двоеленологічних операцій стандартного КМОН ктродних автоемісійних кремнієвих катодів. напівпровідникового технологічного процесу і фоРезультати моделювання, які показано на Фіг.3 толітографії мікронної роздільної здатності. Фіг.20, відображають реальні профілі структур. Використані джерела інформації: Розміри на фігурах по осях Х і У показано в мікро1. М.А. Guillom, X. Yang, A.V. Melechko, D.K. метрах. Hensley, M.D. Hale, V.I. Merkulov ans M.L. Simpson. Розроблена технологія включає наступні баVertically aligned carbon nanofiber-based field зові операції: emission electron sources with an integrated focusing 1. Осадження шару нітрида кремнію Si3N4. electrode. // J. Vac. Sci. Technol. B. - Vol. 22, No. 1. 2. Фотолітографія 1 і формування маскуючих Jan/Feb 2004. - PP. 35-39. зображень, Фіг.3. 2. D.O. Smith, J.S. Judge, M. Trongello, P.R. 2. Газове хімічне ізотропне травлення поверхні Thronton. US Patent 3970887, 1976. кремнієвої пластини n-типу (100) для отримання 3. S. Albin, W. Fu, A. Varghese and A.C. профілю вістрь. Фіг.4. Lavarias. Diamond coated field emitter array. // J. 3. Травлення маскуючої плівки Si3N4, Фіг.5. Vac. Sci. Technol. A. - Vol. 17, No.4. - Jul/Aug 1999. 3. Термічне окислення поверхні вістрь в сереPP. 2104-2108. довищі О2 , Н2 О. 4. X.F. Chen, H. Lu, W.G. Zhu and O.K. Tan. 4. Рідинне хімічне травлення плівки SiO2 для Enhanced field emission of silicon tips coated with загострення вістрь Si, Фіг.6. sol-gel-derived (Ba0.65Sr0.35)Ti03 thin film. // 5. Осадження на поверхню кремнієвої пластиSurface and Coatings Technology. - Vol. 198, Issues ни із вістрями тугоплавкого металу (W), який доб1-3. - 1 Aug. 2005. - PP. 266-269. ре сорбує гази, Фіг.7. 5. Патент на корисну модель № 18536 UA. 6. Конформне осадження на поверхню вістрь Спосіб формування топологічних зображень мікшару SiO 2, Фіг.8. роелектронних пристроїв. / Когут І.Т., Др ужинін 7. Планаризація поверхні шару SiO2 , Фіг.9. А.О., Голота B.I. (U A); Прикарпатський національ8. Осадження першого шару полікремнію. ний університет імені Василя Стефаника. - № Фіг.10. 5 34271 6 200604938; дата подання 03.05.2006; Опубл. Фіг.14. Фотолітографія 2 і формування масок 15.11.2007; Бюл. № 11. 4 с. під апертури фокусуючи х електродів. Перелік фігур креслення та прийняті познаФіг.15. Травлення шару полікремнію для утвочення: рення апертури фокусуючого електроду. Фіг.1. Розміщення екстракційного електроду Фіг.16. Газове хімічне ізотропне травлення вище вер хівки катоду. шару SiО 2 під фокусуючим електродом. Фіг.2. Розміщення екстракційного електроду Фіг.17. Фотолітографія 3 і формування масок нижче верхівки катоду. під апертуру екстракційного електроду. Послідовність базових операцій виготовлення Фіг.18. Травлення шару полікремнію для утвокатодів. рення апертури екстракційного електроду. Фіг.3. Фотолітографія 1 і формування маскуюФіг.19. Газове хімічне ізотропне травлення чих зображень на шарі Si3N4. шару SiO 2 під екстракційним електродом. Фіг.4. Травлення поверхні кремнієвої пластини Фіг.20. Травлення маски від фотолітографії 3. для отримання профілю вістрь. Фіг.21. Ортографічні проекції катодів з одноФіг.5. Травлення маскуючої плівки Si3N4. шпильовим вістрям (Ф - фронтальна, П - профільФіг.6. Загострення вістрь Si. на, Г - горизонтальна): 1 - катод, 2 - окисел SіО2, 3 Фіг.7. Осадження на поверхню кремнієвої пла- електрод. стини з вістрями тугоплавкого металу (W). Фіг.22. Ортографічні проекції катодів з багатоФіг.8. Конформне осадження на поверхню шпильовим вістрям (Ф - фронтальна, П - профількремнієвої пластини з вістрями шару SiО2. на, Г - горизонтальна): 1 - катод, 2 - окисел SiО2, 3 Фіг.9. Планаризація поверхні шару SiO 2. - електрод. Фіг.10. Осадження першого шару полікремнію. Фіг.23. Ортографічні проекції катодів з лезопоФіг.11. Осадження шару SiО2. дібним вістрям (Ф - фронтальна, П - профільна, Г Фіг.12. Осадження другого шару полікремнію. горизонтальна): 1 - катод, 2 - окисел SiО2, 3 - елекФіг.13. Осадження шару нітриду кремнію Si3N4. трод. 7 34271 8 9 34271 10 11 34271 12 13 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков 34271 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601