Способ изготовления многоострийного источника электронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХОВДЮЛПаеСКИКРЕСПУБЛИК за) Н 01 Д 9 02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиационный технологический институт нм. К.Э. Циолковского(56) 1. Патент США Мф 4008412,кл. 313/309 Н 01 3 9/02, 1977.2. Патент США В 3665241,кл. 313/351 Н 01 Л 1/30, 1972(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГООСТРИЙНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ,включающий осаждение на подложкуслоя гексаборида л 4 нтана, образова 801129662 А ние острий путем фотолйтографии и осаждение диэлектрического слоя на участках, свободных от острий по периметру подложки, о т л и ч а ю"; щ и й с я тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения равномерности распределения по поверхности тока эмиссии, после осаж. дения диэлектрического слоя на нем закрепляют металлическую фольгу, помещают источник электронов в диод, откачивают, нагревают до 1000-1300 Со при напряжении на аноде 100-300 В, а на фольге источника электронов - при положительном относительно острий напряжении 2,5-7,5 В, и снимаютнапряжение с анода и фольги источника электронов в момент начала падения анодного тока.Я1 1Изобретение относится к электро-нике и может быть использовано вкачестве катода для электронныхмикроскопов, .в системах электроннойлитографии, в электронно-лучевыхтрубках, при изготовлении активныхэлементов в вакуумных интегральныхсхемах,Известен тонкопленочный автоэмиссионный электронный источники метод его изготовления,На подложку осаждается эмиссионный материал, а потом слой диэлектрика, На созданную структуру. осаждается слой металла, С помощью фотопитографии протравливается коль"цо в слое Металла. Затем через кольцо травится слой диэлектрика Далеепроизводится травление эмиссионногослоя через маску, образованную кольцом в пленках металла и диэлектрика,до образования острия в эмиссионном слое ЩНедостатком известного технического решения является возможностьэлектрического пробоя диэлектрикамежду 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 отверстия в металлической пленке, чтоприводит к невоспроизводимости рабочих характеристик автоэмиссионно-го источника электронов.Наиболее близок по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению способ изготовлениямногоострийного источника электро-нов, заключающийся в том, что наподложку осаждают эмиссионный слой,например, из гексаборида лантана ипроводят процесс фотолитографии дообразования острий.Согласно указанному способу наметаллическую или. диэлектрическуюподложку осаждают эмиссионный материал. Затем с помощью фотолитографии из эмиссионного покрытия формируют острия. На подложку осаждаетсядиэлектрик в местах, не занятых остриями, При помощи фотолитографии вметаллической пленке создают отверстия. Затем эта металлическая пленка устанавливается на диэлектрик 21.Недостатком данного техническогорешения является сложность совмеще 129667 40 50 55 5 10 15 20 25 3035 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 наоЭ гревают до 1000-1300 С при напряжении на аноде 100-300 В, а на фоль. ге 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.На диэлектрическую подложку 1 (фиг. 1) осаждают металлическую пленку 2 .и эмиссионный материал, на. пример 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 1000 о1300 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, в3 11результате происходит прожиганиеотверстий 8 в металлической фольге 5непосредственно над остриями. Одновременно по мере увеличения отверстий8 возрастает анодный ток на аноде 6,вызванный термо- и автоэмиссией изострий. В момент, когда ток на аноде 6 достигнет максимума и начнетпадать, снимают положительное напряжение с металлической фольги 5,и процесс прожигания отверстий 8прекращаетсяТемпература структуры, при которой происходит прожигание отверстийв фольге, определяется диапазоном1000-1300 С, поскольку при темпераоотурах меньше 1000 С эмиссионный токострий, работающих в режиме гермоэмиттера, недостаточен для прожигания отверстий в фольге а при темапературах выше 1300 С резко возрастает вероятность пробоя и, следовательно, разрушения острий. Крометого, притемпературах выше 1300.СОнаблюдается резкое увеличение эмиссионного тока, то приводит к неконтролируемости процесса формирования отверстИй в фольге,Положительное относительно острийнапряжение на фольге выбирается впределах 2,5-7,5 В в связи с тем,что при величине напряжения менее2,5 В не обеспечивается фокусирование потока электронов с острий нафольгу и, соответственно, не происходит формирование отверстий в фоль".ге. При величине напряжения более7,5 В энергия электронов достигаетвеличин, позволяющих формировать отверстия с высокой скоростью, нопри этом утрачивается возможностьконтроля их диаметра. Кроме того,при напряжениях выше 7,5 В резковозрастает вероятность пробоя между острием и фольгой, что приводитк разрушению острия.Напряжение на аноде определяетработу диода в режиме насыщенияэмиссионного тока. При обычном расстоянии между катодной структурой ианодом 0,5-1,0 мм и напряжении нааноде более 100 В диод работает врежиме насыщения, При напряженияхниже 100 В диод работает в режимепространственного заряда, что необеспечивает контроль процесса формирования отверстий, При напряжениях29667 4 1 О 15 20 30 35 40 45 50 55 выше 300 В возникает опасность электрического пробоя, .Изменяя прикладываемые напряжения, можно прожигать отверстия разных размеров, что дает возможность изменить эмиссионный ток создаваемых приборов.П р и м е р 1, Конструкцию поме щают в вакуумную камеру при давле-бнии 6 10 мм ртст. и нагревают доо1000 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 ленин 610 мм рт.ст., нагреваютодо 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.П р и м е р 3. Конструкцию помещают в вакуумную камеру при дав.-6ленни 810 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 распределенияи стабильность тока эмиссии за счет точного расположения центра отверстия над острием; создать приборы с раз-. личными рабочими токами из-за изменения размеров отверстий в первм аноде. ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 682 НИИПИ Государст по делам изобр 5, Москва, Жнног ений Раув Подписноеомитета СССРоткрытийая наб , д. 4/5