Вакуумные автоэмиссионные приборы в микроэлектронном исполнении

• Автор: Засемков, Владимир Семенович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 140 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ АВТОЭЛЕКТРОНОЙ
ЭМИССИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВАКУУМНЫХ ЭМИССИОННЫХ ПРИБОРОВ

ЕЕ Физические основы полевой эмиссии электронов
Е2. Теория автоэлектронной эмиссии
1.3. Особенности автоэлектронной эмиссии полупроводников
1.4. Автоэлектронная эмиссия в высокочастотном поле
1.5. Быстродействие вакуумных микроэлектронных приборов
1.6. Конструкции и способы создания автоэмиссионных микроприборов
1.6.1. Тонкопленочные автоэлектронные микрокатоды
1.6.2. Полупроводниковые автоэлектронные микрокатоды
1.6.3. Планарно-торцевые автоэлектронные микрокатоды
Выводы и постановка задач
ГЛАВА 2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НИЗКОВОЛЬТНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ
МИКРОПРИБОРОВ
2.1. Оптимизация конструкции путем размещения катода и анода на одной

подложке
2.2. Алмазосодержащие катодные покрытия
2.3. Применение резистивных слоев
2.4. Вакуумирование автоэмиссионных микроприборов
2.5. Новые способы низковольтного управления полевой эмиссией в микроприборах
2.5.1. Управление автоэлектронной эмиссией из полупроводников барьером IПопки
2.5.2. Управление эмиссией электронов путем изменения геометрии катода
Выводы

ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ НИЗКОВОЛЬТНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ
МИКРОПРИБОРОВ
3 .1. Острийные кремниевые диоды
3.1.1. Создание маскирующего покрытия субмикронного разрешения методом фотолитографии
3.1.2. Формирование матрицы трехмерных микроструктур методом плазмохимического травления
3.1.3. Принцип самосовмещения при построении управляющих электродов
3.2. Технология острийных кремниевых триодов
3.3. Планарные диодные углеродные структуры
Выводы
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОЭЛЕКТРОННЫХ МАТРИЧНЫХ
КАТОДОВ В УСТРОЙСТВАХ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Острийные кремниевые катоды в плоских индикаторах
4.2. Планарно-торцевые структуры с углеродным катодом в плоскопанельных экранах
4.3. Использование вторичной электронной эмиссии в планарных
триодных структурах
Выводы
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВАКУУМНЫХ
МИКРОПРИБОРОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
5.1. Измерение вольт-амперных характеристик острийных кремниевых

микроприборов
5.2. Характеристики лезвийных планарно-торцевых структур с гребенкой углеродных эмиттеров
5.3 Сравнительный анализ острийных и планарно-торцевых
автоэлектронных микроприборов
5.4. Перспективы применения вакуумных микроприборов, изготовленных
с применением групповых микроэлектронных технологий
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
С развитием радиоэлектроники все острее встает задача расширения элементной базы. Так, например, остается незаполненным верхний диапазон КВЧ и ГВЧ (100-1000ГГц), где работают приборы на пучках свободных электронов, имеющие большие габариты и высокое энергопотребление, к тому же, перекрывающие только большие и средние мощности. Интенсивно развивается новый класс электронных приборов - вакуумные микроэлектронные приборы, которые объединяют в себе достоинства как полупроводниковых, так и электровакуумных приборов. В работах [1-4] показана возможность получения высоких значений плотностей тока порядка 109 А/см2 с автоэлектронных катодов при напряженности электрического поля 107 В/см без дополнительных затрат энергии на разогрев катода. Автоэлектронный катод - это единственный источник электронов который не требует энергетических затрат на акт эмиссии, способен работать в широком диапазоне температур от гелиевой до точки плавления материала, устойчив к радиации. Безынерционность работы автокатода при изменении внешнего электрического поля и другие свойства открывают функционально новые возможности для совершенствования известных и создание новых приборов микроэлектронной техники СВЧ
В Красноярском государственном техническом университете в лаборатории вакуумной микроэлектроники (до 1995 года - лаборатория функциональной электроники) с 1985 года ведутся работы по созданию различных вакуумных микроприборов. Экспериментальные исследования вакуумных приборов подтвердили модельные представления и показали перспективность применения разработанных приборов вакуумной микроэлектроники. Было доказано, что разработка жизнеспособных устройств вакуумной микроэлектроники (диодов, триодов, полевых эмиссионных дисплеев и др.) требует более глубокую теоретическую проработку принципов построения, конструкций и вопросов технологии.

На основании зависимостей Т(Ах) [34] оптимальное взаимное расположение электродов в триодных структурах с пленочным, лезвийным и острийным автоэлектронным катодом, обеспечивающее их максимальное быстродействие, может быть представлено в виде зависимостей д хопт(Я/(0/2) (рис. 12, б).
х ,отн.ед.

а “Г" \ і

і і і
АХіМКМ 0.
АХ опт

И/( П/2), отн. ед.
Рис. 12. а-зависимость постоянной времяни Т триодной структуры с лезвийным катодом от величины ах; б-зависимость оптимального расположения вершины автокатода от величины Я'(0/2) в триодных структурах с пленочным, острийным и лезвийным автоэлектронным катодом [34]: Пунктирная линия соединяет положение минимумов кривой ЦАх).
Сравнивая значения Ттт для рассматриваемых триодных структур,
следует отметить, что наибольшее быстродействие в точке максимума имеет структура с острийным автокатодом, наименыпее-триодная структура с пленочным автоэлектронным катодом.