[发明专利]受限型电子场致发射器件及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明一般涉及微电子器件及其制造方法，特别涉及具有在包含发射体和阳极的腔室外部设置的栅电极的场致发射微电子器件。

发明的背景

包括二极管、三极管和四极管的许多场致发射器件结构已被开发用于电子电路。某些场致发射器件特别适用于显示器。在这种显示器中，每一个象素单元使用一个或多个场致发射器件。由于其较低的制造成本和较低的复杂度、较低的功耗、较高的亮度和改进的视角范围，因而场致发射显示器被认为是对平板液晶显示器的有吸引力的替换和替代产品。当今有不断改进微电子器件结构特别是平板显示器结构和其制造工艺的需要。符号和命名法

术语“栅极”和“栅电极”可互换地用于整个说明书和所附权利要求书中，意指不是电子场致发射器件的发射体或阳极的任何电极，无论栅极将被用作控制电极还是吸收电极或执行某些其它功能。微电子器件可具有多于一个的栅极，按自然法则区分栅极可以是电独立的或可具有施加的相关电位。

术语“横向”一般指平行于其上形成电子器件的衬底的方向。因此，“横向场致发射器件”指形成在衬底上并且形成有这样的结构以便阳极沿至少平行于衬底的方向与场致发射体隔开的场致发射器件。同样地，术语“横向发射体”指基本上平行于横向器件衬底的场致发射体，因而一般平行于衬底发生朝向阳极的电子发射。在相关技术中披露了由薄膜形成的这种横向发射体的实例。

术语“衬底”指下列中的任何情况：由单个材料构成的简单基底，或由其上附加不同材料的一层或多层的基底构成的复合衬底，或这种复合衬底的上层。相关技术的描述

许多场致发射器件的结构是已知的，其中大多数具有一般为Spindt型的结构，如例如美国专利3755704所述。下列美国专利描述了具有横向场致发射体的各种场致发射器件和/或其制造方法：Lambe的4728851；Lee等人的4827177；Jones等人的5144191；Cronin等人的5233263和5308439；Xie等人的5528099和5445550；Mandelman等人的5629580；和Potter的5616061、5618216、5628663、5630741、5644188、5644190、5647998、5666019、5669802、5691599、5700176和5703380。

迄今，相关技术(包括Spindt型器件和横向发射体型器件)中的微电子场致发射器件具有栅电极，该栅电极暴露于与发射体相同的真空或填充气体的环境，因而暴露栅电极以引导来自场致发射阴极的电流并允许从栅电极表面发生二次电子发射。

发明要解决的问题

本发明消除或大大减少从电子场致发射微电子器件的发射体流到栅极的直接电流。本发明还可减少不希望的二次电子发射同时不需要引入用于抑制二次电子发射的附加电极。否则从栅电极的二次电子发射可能不利地影响利用栅电极的阳极电流控制。在各象素的至少一部分阳极由荧光体构成的显示器中，可消除象素之间的串扰。本发明的目的和优点

本发明的主要目的是提供具有减小的栅电流的微电子器件。本发明的相关的主要目标是不具有DC通路的微电子器件，该DC通路使电子通过真空或气体环境从发射体流到栅极。相关的目标是具有被设置为可防止这种电子流动通路的绝缘部分的微电子器件。另一个相关的目标是在其真空或填充气体的腔室内具有减少的二次电子发射的微电子器件。这样，具体的目标是具有设置在其真空或填充气体的腔室内的发射体和阳极以及具有与腔室相邻但与其分开设置的栅极的电子场致发射器件。更具体的目标是在栅极与腔室之间设置有绝缘部分的这种器件。根据结合附图阅读下列详细说明将明了本发明的这些和其它目的。发明的公开

横向发射体场致发射器件具有栅极，该栅极通过绝缘层与包含器件的其它部件的真空或填充气体的环境隔开。例如在微腔室(microchamber)的外部设置栅极。设置绝缘层以便对从横向发射体发射的电子来说不存在通过真空或填充气体到达栅极的通路。设置在发射体与栅极之间的绝缘层最好包括具有介电常数大于1的材料。该绝缘层最好还在器件的电子能量的工作范围内具有低的二次电子产生率。对于显示应用来说，绝缘层最好是透明的。发射的电子被限制到包含其发射体的微腔室内。发射体电流的栅极电流成分仅由位移电流组成。该位移电流是栅极电位相对其它部件例如相对发射体的任何变化产生的结果。防止从发射体到栅极的直接电子电流。器件的阵列包括微腔室阵列，以致来自各发射体的电子电流仅可到达相同微腔室中的阳极，即使对于没有控制电极的二极管器件也如此。制造工艺方法特别适于制造器件和这种器件的阵列。

附图的简要说明