專利名稱：具有整體鎮流發射極的冷陰極場發射器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及冷陰極場發射器件。
冷陰極場發射器件已是公知技術。一般來說，這類器件至少包括兩個電極(一個陰極或叫發射極和一個陽極或叫集電極)或三個電極(前述兩個電極及一個柵極)。
人們已提出這類器件的各種結構，其中包括各電極基本上平面配置或非平面配置的器件。不論結構如何，先有技術的場發射器件(FED)通常具有在各發射極尖端出現不均勻的電子發射的缺點，當在一個器件陣列中有多個發射極尖端時，這一問題特別值得注意，這一問題之所以產生部分是由于各發射極尖端的幾何尺寸可能同一預定的標準尺寸有很大差別。這些尖端中的某些會成為一總發射極電流中大多數的源，而在某些情況下，由于發射率很高會受到損壞。
因此，需要一個易于制造，成本低和可靠的解決方案。
本發明所公開的冷陰極場發射器件提供了這樣一種解決方案，根據本發明，該器件有一與其整體形成的與發射極偶聯的鎮流電阻。將此電阻元件與各發射極尖端串聯能使尖端上的電壓隨發射電流的增加而按比例上升。此電壓升將有效地減少柵極/發射極電位，從而減少發射極表面的增強了的電場。這一過程建立一個平衡和在一這種器件的陣列中就各尖端來說獨立的限流功能。
在本發明的一個實施例中，鎮流電阻通過選擇雜質擴散而形成在一半導體襯底上，雜質擴散可包括亞磷材料。
本發明可用于平面或非平面幾何尺寸的器件。
圖1是表示根據本發明構成的場發射器件的符號;
圖2a-c是表示本發明的基本上非平面的FED制造步驟的側剖圖;
圖3是根據本發明制造的基本上平面的FED的一部分的頂視圖;
圖4是根據本發明制造的基本上非平面的FED的另一實施例的側剖圖。
圖1中參考號100表示一個根據本發明的FED的符號。該器件包括一個整體結構，它由一發射極101、一柵極102、一陽極103以及一與發射極耦合的鎮流電阻104構成。
下面將參照附圖2a-c描述根據本發明的非平面FED的制造過程。首先提供一適當的原始襯底，例如一硅襯底201(圖2a)，利用本領域人員熟知的適當的半導體制造方法，通過一擴散過程將亞磷材料202(圖2b)或其它雜質摻入襯底201的選定部分。通過選擇雜質擴散摻入亞磷材料使整體制備的鎮流電阻能做在FED上，下面將詳細描述。
在圖2b中還可看到一初始金屬發射極帶203，(在另一實施例中，發射極帶可通過有選擇地直接將適當雜質擴散到襯底中來實現)。
用于完成非平面FED的各種后續處理步驟是本領域公知的，不必在此重復。在圖2c中可看到一個完成的非平面FED陣列，其中，各FED包括至少3個電極，即一個發射極204，一個柵極206和一個陽極207，陣列中各FED的發射極204通過一鎮流電阻202與一發射極帶耦聯，鎮流電阻由一個具有期望阻抗的鎮流電阻構成。
這樣的結構使發射極尖端間的不一致性通過與各發射極204串聯的鎮流電阻202而基本上得到補償。
現在參照附圖3說明根據本發明構成的一基本上為平面形的FED。一硅襯底201提供構造該器件的適當支承介質，通過選擇雜質擴散，在襯底201的各部分引入適當的雜質材料，如亞磷材料，以形成鎮流電阻303。而后進行金屬化過程以淀積一發射極帶301以及多個獨立的發射極焊塊302，在最終完成的器件中，這些焊塊將作為發射極的導電區。
如此構造可使由于發射極尖端結構造成的性能變化通過鎮流發射極303的作用而在FED中基本上得到補償，鎮流發射極303與FED整體形成在一起。
圖4示出了一個基本上非平面的FED的另一實施例。這種構造仍有一個支承襯底，至少一個與發射極帶401耦聯的發射極403，一柵極404，以及一陰極406，在此實施例中，鎮流電阻并未構成支承襯底201的一部分。相反，此實施例的幾何結構顛倒過來，其中一后續沉積層構成發射極403，可在沉積層中形成一個鎮流電阻402以提供發射極403和發射極帶401間的適當的阻性串聯耦合。這樣將使整體形成的鎮流發射極402仍起上面所述的作用。
權利要求
1.一種冷陰極場發射器件，具有一發射極204和與之整體形成并與發射極耦聯的鎮流電阻202。
2.權利要求1的器件，其中發射極通過鎮流電阻與一電壓源203耦聯。
3.權利要求1的器件，其中該器件形成在一半導體襯底201上，鎮流電阻至少部分地形成在半導體襯底上。
4.權利要求3的器件，其中鎮流電阻至少部分地通過對半導體襯底選擇雜質擴散而形成。
5.權利要求4的器件，其中選擇雜質擴散使用亞磷材料。
6.權利要求1的器件，其中場發射器件基本上為平面幾何形狀。
7.權利要求1的器件，其中場發射器件基本上為非平面幾何形狀。
8.具有多個冷陰極場發射器件的電子器件，各場發射器件有一個發射極和一個與之整體形成并與發射極耦聯的鎮流電阻。
9.一種形成具有一個與其發射極耦聯的鎮流電阻的冷陰極場發射器件的方法，包括下列步驟a)提供一半導體襯底;b)通過在至少一部分襯底上選擇雜質擴散而形成鎮流電阻;c)在半導體襯底上形成至少一部分冷陰極場發射器件使其發射極與鎮流電阻耦聯。
全文摘要
一種冷陰極場發射器件包括一鎮流電阻(202，303，402)，它與器件整件形成并與發射極(204，302，403)耦聯以適當補償由于制造而造成的發射極場發射的性能變化。
文檔編號H01J19/24GK1056377SQ9110096
公開日1991年11月20日 申請日期1991年2月8日 優先權日1990年2月9日
發明者凱恩·羅伯特 申請人:莫托羅拉公司