Способ изготовления многоострийного источника электронов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНО ОСТРИЙНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ, включающий осаждение на подложку слоя гексаборида лйнтанэ, образо 5 ние острий путём фотолитографии и осаждение диэлектрического слоя на участках, свободных от острий по периметру ПОДЛОЖКИ, ОТЛИЧИ Ют щ И й с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения равномерности распределения по поверхности тока эмиссии, после осаждения диэлектри 1еского слоя на нем закрепляют металлическую фольгу, помещают источник электронов в диод, откачивают, нагревают до 1000-1300 С при напряжении на аноде 100-300 В, а на фольге источника электронов при положительном относительно оогтрий напряжении 2,5-7,5 В, и снимают напряжение с анода и фольги источника электронов в момент начала падения анодного тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О3

РЕСПУБЛИК

З(51) Н 01 3 9 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Эии в уф (1. (21) 3549735/24-21 (22) 07.02.83 (46) 15. 12.84. Бюл. Ф 46 (72) А.М. Васильев, В.Г. Блохин, В.Н. Черняев, А.В. Мартынов и Г.Х. Сатаров (71) Московский авиационный техноло. гический институт им. К.Э. Циолковского (53) 621 ° 3.032.212.2(088.8) (56) 1. Патент США Ó 4008412, кл. 313/309 Н 01 J 9/02, 1977.

2. Патент США Р 3665241, кл. 313/351 Н 01 J 1/30, 1972 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГООСТРИЙНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ, включающий осаждение на подложку слоя гексаборида л4нтана, образова..SU„„1129667 А ние острий путем фотолйтографии и осаждение диэлектрического слоя на участках, свободных от острий по периметру подложки, о т л и ч а ю-.шийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения равномерности распределения по поверхности тока эмиссии, после осаждения диэлектрического слоя на нем закрепляют металлическую фольгу, помещают источник электронов в диод, откачивают, нагревают до 1000-1300 С о при напряжении на аноде 100-300 В, а на фольге источника электронов— при положительном относительно острий напряжении 2,5-7, 5 В, и снимают I напряжение с анода и фольги источника электронов в момент начала падения анодного тока.

1 1

Изобретение относится к электро-нике и может быть использовано в качестве катода для электронных микроскопов, .в системах электронной литографии, в электронно-лучевых трубках, при изготовлении активных элементов в ваКуумных интегральных схемах.

Известен тонкопленочный автоэмиссионный электронный источник и метод его изготовления.

На подложку осаждается эмиссионный материал, а потом слой диэлектрика. На созданную структуру. осаждается слой металла. С помощью фотопитографии протравливается кольцо в слое Металла. Затем через коль. цо травится слой диэлектрика.- Далее производится травление эмиссионного слоя через маску, образованную кольцом в пленках металла и диэлектрика, до образования острия в эмиссионном слое Щ ..

Недостатком известного технического решения является возможность электрического пробоя диэлектрика между эмиссионным материалом и металлической пленкой, что резко снижает рабочие характеристики авто-. эмиссионного. источника электронов.

Кроме того, при изготовлении источника возникает несоответствие расположения вершины острия и центра от верстия в металлической пленке, что приводит к .невоспроизводимости рабочих характеристик автоэмиссионно- го источника электронов.

Наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к изобретению способ изготовления многоострийного источника электро- нов, заключающийся в том, что на подложку осаждают эмиссионный слой, например, из гексаборида лантана и проводят процесс фотолитографии до образования острий.

Согласно указанному способу на металлическую или. диэлектрическую подложку осаждают эмиссионный материал. Затем с помощью фотолитографии из эмиссионного покрытия формируют острия. На подложку осаждается диэлектрик в местах, не занятых остриями. При помощи фотолитографии в металлической пленке создают отверстия. Затем эта металлическая пленка устанавливается на диэлектрик (2).

Недостатком данного технического решения является сложность совмеще129667 2

50

5

t0

45 ния центров отверстий в металлической пленке с вершинами острий, что приводит к снижению рабочих характеристик источника электронов, а также к низкой их воспроизводимости.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления и повышение равномерности распределения по поверхности тока эмиссии.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления многоострийного источника электронов, включающему осаждение на подложку слоя гексаборида лантана, образование острий путем фотолитографии и осаждение диэлектрического слоя на участках, свободных от острий по периметру подложки, после осаждения диэлектрического слоя на нем закрепляют металлическую фольгу, помещают источник электронов в диод, откачивают нао

Э гревают до 1000-1300 С при напряжении на аноде 100-300 В, а на фольге источника электронов — при положительном относительно острий напряжении 2 5-7.5 В, и снимают напряжение с анода и фольги источника электронов в момент начала падения анодного тока.

На фиг. 1 изображены диэлектри/ ческая подложка, металлическая пленка с остриями и установленная на диэлектрическом слое металлическая фольга; на фиг. 2 — анод, подогреватель и образующиеся отверстия в металлической фольге.

° Ha диэлектрическую подложку 1 (фиг. 1) осаждают металлическую пленку 2 .и эмиссионный материал, например гексаборид лантана, толщиной около 4 мкм, из которого с помощью фотолитографии формируют острия 3, по периметру подложки осаждают диэлектрический слой 4 толщиной, превышающей высоту острий, на который кладут и закрепляют металлическую фольгу 5 толщиной 10-15 мкм.

Полученную структуру, служащую катодом в диоде, совместно с анодом б (фиг. 2) помещают в вакуумную камеру, в которой создают вакуум не хуже 1 10 мм рт.ст., и нагревают с помощью подогревателя 7 до 1000о

1300 С. На анод и на фольгу подают положительные относительно острий напряжения соответственно 100-300 В и 2,5-7,5 В, при этом резко возрастает поток электронов от острий, в

3 11 результате происходит прожигание отверстий 8 в металлической фольге 5 непосредственно над остриями. Одновременно по мере увеличения отверстий

8 возрастает анодный ток на аноде 6, вызванный термо- и автоэмиссией из острий. В момент, когда ток на аноде 6 достигнет максимума и начнет падать, снимают положительное напряжение с металлической фольги 5, и процесс прожигания отверстий 8 прекращается °

Температура структуры, при которой происходит прожигание отверстий . в фольге, определяется диапазоном

1000-1300 С, поскольку при темпера о о турах меньше 1000 С эмиссионный ток острий, работающих в режиме герМоэмиттера, недостаточен для прожигания отверстий в фольге а при тема пературах выше 1300 С резко возрастает вероятность пробоя и, следовательно, разрушения острий. Кроме того, при температурах выше 1300 С

О наблюдается резкое увеличение эмиссионного тока, то приводит к неконтролируемости процесса формирования отверстий в фольге.

Положительное относительно острий напряжение на фольге выбирается в пределах 2,5-7,5 В в связи с тем, что при величине напряжения менее

2,5 В не обеспечивается фокусирование потока электронов с острий на фольгу и, соответственно, не происходит формирование отверстий в фоль-. ге. При величине напряжения более

7,5 В энергия электронов достигает величин, позволяющих формировать отверстия с высокой скоростью, но при этом утрачивается возможность контроля их диаметра. Кроме того, при напряжениях выше 7,5 В резко возрастает вероятность пробоя между острием и фольгой, что приводит к разрушению острия.

Напряжение на аноде определяет работу диода в режиме насыщения эмиссионного тока. При обычном расстоянии между катодной структурой и анодом 0 5-1,0 мм и напряжении на аноде более 100 В диод работает в режиме насыщения. При напряжениях ниже 100 В диод работает в режиме

I пространственного заряда, что не обеспечивает контроль процесса формирования отверстий. При напряжениях

29667 4

1О

55 выше 300 В возникает опасность электрического пробоя.

Изменяя прикладываемые напряжения, можно прожигать отверстия разных размеров, что дает возможность изменить эмиссионный ток создаваемых приборов.

Пример 1. Конструкцию поме щают в вакуумную камеру при давле-б нии 6 fO мм ртст. и нагревают до о

1000 С. На дополнительный анод подается положительное напряжение величиной 100 В и на фольгу — положительное напряжение величиной

2,5 В относительно острий. Ток на анод растет и достигает максимума через 6,0 с. Снижают приложенные напряжения. В результате в фольге образуются отверстия диаметром

0,2 мкм.

П:р и м е р 2. Конструкцию помещают в вакуумную камеру при дав-6 ленин 6 10 мм рт.ст., нагревают о до 1300 С. На дополнительный анод подается положительное напряжение величиной 300 В и на фольгу — положительное напряжение величиной.

7,5 В относительно остриИ. Ток на анод растет и достигает максимума через 6,0 с. Снижают приложенные напряжения. В результате в фольге образуются отверстия диаметром

4,9 мкм.

Пример 3. Конструкцию помещают в вакуумную камеру при дав-6 ленни 8"10 мм рт.ст., нагревают до 1150 С. На дополнительный анод подается положительное напряжение величиной 200 В и на фольгу — положительное напряжение величиной 5 В относительно острий. Ток на анод растет и достигает максимума через

6,0 с. Снижают приложенные напряжения. В результате в фольге образуются отверстия диаметром 2,5 мкм.

Применение предлагаемого способа дает возможность упростить технологию изготовления за счет уменьшения числа операций (нет фотолитографии первого анода); повысить равномерность распределения и стабильность тока эмиссии за счет точного расположения центра отверстия над острием; создать приборы с раз-. личными рабочими токами из-sa изменения размеров отверстий в перв м аноде °

112966.7

2 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1

Составитель-Г. Кудинцева

Редактор М. Келемеш Техред Т.Фанта Коррекrop М. Розман

Заказ 9458/4