[发明专利]具有平面发射区和聚焦结构的电子源

说明书

发明背景

本发明总体说来涉及电子源。更具体而言，本发明涉及基于半导体的电子源。

基于半导体的产生聚焦电子束的电子源可以用于信息存储器件、光刻应用。以及其它采用这种聚焦电子束的装置。请考虑存储器件的实例。几十年来，研究人员一直在不断努力提高存储密度和降低信息存储器件，例如磁硬盘驱动器、光驱动器、和半导体随机存取存储器的存储成本。但是，由于常规技术显示出正在接近基础存储密度的极限，存储密度的提高正在变得越来越困难。例如，基于常规磁记录的信息存储正在迅速接近基础物理极限例如超顺磁极限，在此极限下室温时的磁位不稳定。

不会面临这些基础极限的存储器件正在得到研究。在美国专利5,557,596中对这种信息存储器件的实例进行了描述。该器件包括多个具有电子发射表面的电子源，该表面紧贴存储介质。在进行写操作时，电子源以相对高的密度的电子束轰击存储介质。在进行读操作期间，电子源以相对低的密度的电子束轰击存储介质。

可以通过降低电子束的直径减小该器件中的存储位的尺寸。减小存储位的尺寸也就提高了存储密度和容量并且降低了存储成本。

一种在显示器中采用的电子源包括许多“Spindt”发射器。Spindt发射器可用来产生聚焦电子束，该电子束可用于数据存储器件、光刻应用、和其它采用这种聚焦电子束的应用。Spindt发射器具有圆锥形状，它在其圆锥顶端发射电子束。该圆锥顶被加工成尽可能地尖以减小工作电压并且获得小的束流直径。

但是，Spindt发射器存在问题。制造尖的发射器顶是困难的并且费用昂贵。从Spindt发射器顶对电子束以时间和空间上稳定的方式进行聚焦是困难的。提供这种聚焦的光学系统会变得复杂。另外，在真空不好的条件下，Spindt发射器不能良好地工作。当电子束直径降低到100纳米以下时，这些问题变得尤其显著。

不论单发射器还是多发射器，人们期望降低制造成本并且改进稳定性和对电子源的可操作性。人们还期望减小电子束直径。

发明概述

根据本发明的一个方面，电子源包括一个平面发射区；和一个用于发射区的聚焦结构。通过下面的以实例方式说明本发明原理的详细描述，并结合附图使得本发明的其它方面和优点将会变得明显。

附图简述

图1是根据本发明的电子源的示意图。

图2是图1所示电子源的制造方法的流程图。

图3是在衬底的上表面沉积掩膜堆垛后的结构示意图。

图4a是在掩膜堆垛形成图案并且被刻蚀暴露出台面结构之后的 结构示意图。

图4b是掩膜堆垛的图案排列的俯视图。

图4c是掩膜堆垛的另一种图案排列的俯视图。

图5是生长氧化物区之后的结构示意图。

图6是平整化后的结构示意图。

图7是在平整化结构上沉积半导体层之后的结构示意图。

图8是在半导体层上沉积发射极后的结构示意图。

图9是在发射极上沉积氧化物层之后的结构示意图。

图10是在氧化物层上沉积透镜电极后的结构示意图。

图11是在透镜电极上刻蚀光阑(aperture)后的结构示意图。

图12是在氧化物层中形成暗挖槽之后的结构示意图。

图13是在发射极中刻蚀光阑之后的结构示意图。

图14是在曝露的半导体层中形成多孔区之后的结构示意图

图15是根据本发明的另一种电子源示意图。

图16是根据本发明的再另外一种电子源示意图。

图17是根据本发明的电子源的另一种聚焦结构的示意图。

图18和19是根据本发明的其它电子源示意图。

发明详述

参照图1，电子源102包括可以用硅制成的衬底104。将衬底104的一部分刻蚀掉，留下一个“活性”区106。活性区106呈火山形状、漏斗形状或喷嘴几何形状：底部宽并且迅速变窄成为颈部。

该活性区106由一个隔离区108环绕。隔离区108对活性区106给出特定的几何形状。隔离区108也可以将活性区106与近邻的活性区隔离开。但是，相互邻近的电子源102的活性区的底部可能会连在一起。

在衬底104的顶部形成半导体层110。半导体层110可以由材料如多晶硅或碳化硅(SiC)制成。半导体层110的上表面为平面状。