DE19526042A1 - Verfahren zum Verhindern eines Grenzübergang-Reststroms in Feldemission-Anzeigevorrichtungen - Google Patents
Verfahren zum Verhindern eines Grenzübergang-Reststroms in Feldemission-AnzeigevorrichtungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung wurde unter Contract No. DABT 63-
93-C-0025 der Advance Research Project Agency durch die Re
gierung der USA mit öffentlichen Mitteln gefördert. Der Re
gierung der USA stehen entsprechende Rechte an der Erfin
dung zu.
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Feldemission-
Anzeigevorrichtungen (FEDs) und insbesondere auf ein Ver
fahren zum Verhindern eines Grenzübergang-Reststroms in
FEDs.
Flachbild-Anzeigevorrichtungen wurden neuerdings entwic
kelt, um von Computern und anderen elektronischen Geräten
erzeugte Information visuell anzuzeigen. Diese Anzeigevor
richtungen sind üblicherweise leichter und verbrauchen we
niger Leistung als herkömmliche Kathodenstahlenröhren-An
zeigevorrichtungen. Eine Art einer Flachbild-Anzeigevor
richtung ist als Kaltkathoden-Feldemissionsanzeigevorrich
tung (FED) bekannt.
Eine Kaltkathoden-FED verwendet Elektronenemissionen, um
einen kathodolumineszenten Schirm zu bestrahlen und ein vi
suelles Bild zu erzeugen. Eine einzelne Zelle für individu
elle Feldemission enthält typischerweise eine oder mehrere
auf einer Basisplatte ausgebildete Emitterstellen. Die Ba
sisplatte enthält üblicherweise die aktiven Halbleitervor
richtungen, welche die Elektronenemission von den Emitter
stellen steuern. Die Emitterstellen können direkt auf einer
Basisplatte aus einem Material, wie zum Beispiel Silizium,
oder auf einer zwischen den Schichten angeordneten leitfä
higen Schicht (zum Beispiel Polysilizium) oder einer zwi
schen den Schichten angeordneten isolierenden Schicht
(z. B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid), die auf der Basis
platte ausgebildet sind, ausgebildet sein. Eine Steueran
schluß-Elektrodenstruktur oder Gitter ist den Emitterstel
len üblicherweise zugeordnet. Die Emitterstellen und das
Gitter sind mit einer elektrischen Quelle zur Erzeugung ei
ner Spannungsdifferenz verbunden, um eine Fowler-Nordheim-
Elektronenemission von den Emitterstellen zu erzeugen.
Diese Elektronen treffen auf einen Anzeigeschirm mit einer
Phosphorbeschichtung auf. Hierdurch werden die Photonen
freigesetzt, die den Schirm bestrahlen. Ein einzelnes Pixel
des Anzeigeschirms wird üblicherweise durch eine oder meh
rere Emitterstellen beleuchtet.
In einer mit einem Steueranschluß versehenen FED ist das
Gitter mittels einer isolierenden Schicht von der Basis ge
trennt. Diese isolierende Schicht trägt das Gitter und ver
hindert den Zusammenbruch der Spannungsdifferenz zwischen
dem Gitter und der Basisplatte. Zellen für individuelle
Feldemission werden manchmal als mikroelektronische Vakuum
trioden bezeichnet. Die Triodenelemente beinhalten die Ka
thode (Feldemitterstelle), die Anode (kathodolumineszentes
Element) und das Gate bzw. den Steueranschluß (Gitter). Das
U.S. Patent Nr. 5,210,472 von Stephen L. Casper und Tyler
A. Lowrey mit dem Titel "Flat Panel Display In Which Low-
Voltage Row and Column Address Signals Control A Much
Higher Pixel Activation Voltage", beschreibt eine Flach
bild-Anzeigevorrichtung, welche FEDs verwendet.
Bei Flachbild-Anzeigevorrichtungen, welche FEDs verwenden,
hängt die Qualität und Schärfe einer beleuchteten Pixel-
Stelle des Anzeigeschirms von der genauen Steuerung der
Elektronenemission aus den Emitterstellen ab, die eine spe
zielle Pixelstelle bestrahlen. Vor der Bildung eines visu
ellen Bildes, wie z. B. einer Zahl oder einem Buchstaben,
müssen unterschiedliche Gruppen von Emitterstellen zyklisch
an-oder ausgeschaltet werden, um die betreffenden Pixel
stellen auf den Anzeigeschirmen zu bestrahlen. Um ein ge
wünschtes Bild zu bilden, kann eine Elektronenemission in
den Emitterstellen für gewisse Pixelstellen eingeleitet
werden, während die benachbarten Pixelstellen in einem Aus-
Zustand gehalten werden. Für ein scharfes Bild ist es wich
tig, daß die Pixelstellen, die isoliert sein müssen, in ei
nem Aus-Zustand bleiben.
Ein Faktor, durch den es dazu kommt, daß eine Emitterstelle
unerwartet Elektronen emittiert, ist die Reaktion von Halb
leiter-Grenzübergängen, in denen FED auf Photonen, die von
dem Leuchtanzeigeschirm erzeugt werden, und Photonen, die
in der Umgebung (z. B. Lampen, Sonnenlicht) vorliegen. In
einer FED können P/N-Übergänge verwendet werden, um jede
Pixelstelle zu isolieren und um eine Zeilen-Spalten-An
steuerungsschaltung sowie eine Stromregelungs-Schaltung für
den Pixelbetrieb aufzubauen. Während dem Betrieb der FED
können einige der an einem Anzeigeschirm erzeugten Photonen
sowie Photonen aus der Umgebung auf die Halbleiter-Grenz
übergänge auf dem Substrat auftreten. Dies kann die Grenz
übergänge beeinträchtigen, indem ihre elektrischen Kennda
ten verändert werden. In einigen Fällen kann dies dazu füh
ren, das ein ungewollter Strom durch den Grenzübergang hin
durchtritt. Dies ist eine Art von Grenzübergang-Reststrom
oder -Verluststrom in einer FED, der die Adresse oder Akti
vierung von Pixelstellen beeinträchtigen kann und zu einer
Streuemission und einer verschlechterten Bildqualität füh
ren kann.
Eine mögliche Situation ist in Fig. 1 gezeigt. Fig. 1 zeigt
eine Pixelstelle 10 einer Feldemission-Anzeigevorrichtung
(FED) 13 und Abschnitte benachbarter Pixelstellen 10′ auf
beiden Seiten. Die FED 13 enthält eine Basisplatte 11 mit
einem Substrat 12, das aus einem Material wie z. B. einem P-
dotierten Silizium-Einkristall besteht. Eine Vielzahl von
Emitterstellen 14 sind auf einem N-Leitfähigkeitsbereich 13
des Substrats 12 ausgebildet. Das P-leitende Substrat 12
und der N-Leitfähigkeitsbereich 30 bilden einen P/N-Über
gang. Diese Art Übergang kann mit anderen Schaltungselemen
ten kombiniert werden, um elektrische Vorrichtungen, wie
z. B. FETs zur Aktivierung und Regelung des Stromflusses zu
den Pixelstellen 10 und 10′ zu bilden.
Die Emitterstellen 14 sind ausgelegt, um Elektronen 28 zu
emittieren, die auf einen kathodolumineszenten Anzeige
schirm 18 gerichtet sind, der mit einem Phosphormaterial 19
beschichtet ist. Eine Steueranschluß-Elektrode oder Gitter
20, die bzw. das von dem Substrat 12 mittels einer isolie
renden Schicht 22 getrennt ist, umgibt jede Emitterstelle
14. Stützstrukturen 24, auch als Abstandhalter bezeichnet,
befinden sich zwischen der Basisplatte 11 und dem Anzeige
schirm 18.
Eine elektrische Quelle 26 liefert eine Spannungsdifferenz
zwischen den Emitterstellen 14 und dem Gitter 20 sowie dem
Anzeigeschirm 18. Die Elektronen 28 von aktivierten Emit
terstellen 14 bewirken die Emission von Photonen aus dem
Phosphormaterial, das in einer entsprechenden Pixelstelle
10 des Anzeigeschirms 18 enthalten ist. Um ein spezielles
Bild zu erzeugen, kann es notwendig sein, die Pixelstelle
10 zu bestrahlen, während die benachbarten Pixelstellen 10′
auf beiden Seiten dunkel bleiben.
Es kann jedoch ein Problem auftreten, wenn Photonen 32
(d. h. Licht), die von einer Lichtquelle 33, wie Sonnenlicht
oder anderen Umgebungsfaktoren erzeugt werden, auf die in
dem Substrat 12 gebildeten Halbleiter-Grenzübergänge auf
treffen. Zusätzlich können Photonen 32 von einer bestrahl
ten Pixelstelle 10 auf die Grenzübergänge auftreffen, die
an den N-Leitfähigkeitsbereichen 30 an den benachbarten Pi
xelstellen 10′ gebildet sind. Die Photonen 32 sind in der
Lage, durch die Abstandshalter 24, das Gitter 20 und die
isolierende Schicht 22 der FED 13 hindurchzutreten, da
diese Schichten oft aus Materialien bestehen, die für die
meisten Wellenlängen des Lichts durchscheinend sind. So
können z. B. die Abstandshalter 24 aus einem durchscheinen
dem Polyimid, wie z. B. Kapton oder Siliziumnitrid bestehen.
Die isolierende Schicht 22 kann aus durchscheinendem Sili
ziumdioxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid bestehen.
Das Gitter 20 kann aus durchscheinendem Polysilizium beste
hen.
Die Belichtung durch Photonen von dem Anzeigeschirm 18 und
der Umgebung kann die Eigenschaften einiger Grenzübergänge
auf dem Substrat 12, die den Emitterstellen 14 zugeordnet
sind, verändern. Dies kann wiederum einen Stromfluß verur
sachen und eine Elektronenemission von den Emitterstellen
14 auf den benachbarten Pixelstellen 10′ auslösen. Die
Elektronenemission kann dazu führen, daß die benachbarten
Pixelstellen 10′ bestrahlt werden, wenn ein dunkler Hinter
grund erforderlich wäre. Dies führt zu einem verschlechter
ten oder verschwommenen Bild. Neben Isolations-und Anre
gungsproblemen kann Licht von der Umgebung unter dem Anzei
geschirm 18, das auf die Grenzoberfläche auf dem Substrat
12 auftrifft, andere Probleme beim Adressieren und Regeln
des Stromflusses zu den Emitterstellen 14 der FED-Zelle 13
verursachen.
Bei Experimenten, die von den Erfindern durchgeführt wur
den, wurden Grenzübergang-Restströme im Labor in Abhängig
keit von unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen des
Grenzüberganges gemessen. Bei einer Spannung von etwa 50
Volt und je nach der Intensität des auf einen Grenzübergang
gerichteten Lichts kann der Grenzübergang-Reststrom in der
Größenordnung von Picoampere (d. h. 10-12 A) im Dunkeln bis
zu Microampere (d. h. 10-6 A) bei guter Beleuchtung liegen.
Für eine FED bewirken selbst relativ kleine Grenzübergang-
Restströme (d. h. Picoampere) eine Beinträchtigung der Bild
qualität. Die Abhandlung "Physics and Semiconducting Devi
ces" von S.M. Sze, copyright 1981 von John Wiley and Sons,
Inc., beschreibt in den Paragraphen 1.6.1. bis 1.6.3. kurz
die Auswirkung von Photonenenergie auf Halbleiter-Grenz
übergänge.
Bei der Konstruktion von Schirmen für Kathodenstrahlenröh
ren werden Schirm-Aluminierungsprozesse zur Ausbildung ei
ner spiegelähnlichen Oberfläche an der inneren Oberfläche
des Schirms verwendet. Diese Schicht aus Aluminium reflek
tiert Licht zu dem Betrachter und von der Hinterseite der
Röhre weg. In dem U.S.-Patent Nr. 3,814,968, von Nathanson
et al., wird ein ähnlicher Prozeß bei Feldemitterkathoden
verwendet, um zu verhindern, daß an dem Schirm emittierte
Strahlung auch die Photokathode und die Emitterstellen zu
rückgerichtet wird. Ein Problem bei diesem Stand der Tech
nik besteht darin, das beim Feldemissionsanzeigen (FEDs)
die Kathodenspannungen relativ niedrig sind (z. B. 200 V).
Eine Aluminiumschicht auf der inneren Oberfläche des Anzei
geschirms kann jedoch nicht leicht von Elektronen durch
drungen werden, die bei diesen niedrigen Spannungen elimi
tiert werden. Daher ist diese Vorgehensweise nicht völlig
geeignet, um in einer FED einen Grenzübergang-Reststrom zu
verwenden, der durch Schirm-und Umgebungsphotonen-Emission
verursacht wird.
Im Stand der Technik ist es auch bekannt, FEDs mit Schal
tungsspuren zu konstruieren, die aus einem lichtundurchläs
sigen Material, wie z. B. Chrom, bestehen, und über den in
der FED-Basisplatte enthaltenen Halbleiter-Grenzübergängen
liegen. Eine derartige Struktur ist z. B. in dem U.S.-Patent
Nr. 3,970,887, von Smith et al., beschrieben (siehe Fig. 8).
Diese Schaltkreisspuren sind jedoch zum Leiten von Signalen
konstruiert und sind nicht speziell zum Isolieren der Halb
leiter-Grenzübergänge gegenüber einem Photonenbeschuß aus
gelegt. Dementsprechend ist der Großteil der Grenzüber
gangsflächen weiterhin einer Photonenemission und dem sich
daraus ergebenden Grenzflächen-Reststrom ausgesetzt.
In Anbetracht des oben genannten besteht beim Stand der
Technik ein Bedarf für verbesserte Verfahren zur Verhinde
rung von Grenzübergang-Restströmen in FEDs. Es ist somit
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum Konstruieren einer FED mit einem Lichtbloc
kierelement bereitzustellen, das verhindert, das in der Um
gebung und von einem Anzeigeschirm der FED erzeugten Photo
nen die Halbleiter-Grenzübergänge auf einer Basisplatte der
FED beeinflussen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Er
findung ist es, ein verbessertes Verfahren zum konstruieren
von FEDs bereitzustellen, das eine lichtundurchlässige
Schicht verwendet, die Halbleiter-Grenzübergänge auf einer
Basisplatte gegenüber Licht schützt und die auch andere
Schaltungsfunktionen durchführen kann. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine FED mit ver
besserten Grenzübergang-Reststrom-Kenndaten bereitzustel
len, wobei Techniken verwendet werden, die mit der Halblei
ter-Großproduktion vereinbar sind.
Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Verfahren zum kon
struieren von FEDs oder Flachbild-Anzeigevorrichtungen und
anderen elektronischen Geräten bereitgestellt. Das Verfah
ren umfaßt, allgemein ausgedrückt, die Ausbildung eines
Lichtblockierelements zwischen einem kathodoluminescenten
Anzeigeschirm und einer Basisplatte der FED. Das Lichtbloc
kierelement schützt Halbleiter-Grenzübergänge auf einem
Substrat der FED von Photonen, die in der Umgebung und
durch den Anzeigeschirm erzeugt werden. Das Lichtblockiere
lement kann als eine lichtundurchlässige Schicht ausgebil
det sein, die zur Absorption oder Reflexion von Licht aus
gelegt ist. Zusätzlich zum Schutz der Halbleiter-Grenzüber
gänge gegenüber den Auswirkungen von Photonen kann die
Lichtundurchlässige Schicht anderen Schaltkreisfunktionen
dienen. Die lichtundurchlässige Schicht kann z. B. mit einem
Muster versehen sein, um zwischen den Schichten angeordnete
Verbindungsleitungen für Schaltungskomponenten der FED zu
bilden.
In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel besteht
das Lichtblockierelement aus einem lichtundurchlässigen
lichtabsorbierenden Material, das auf einer Basisplatte für
die FED aufgetragen ist. So kann z. B. ein Metall, wie z. B.
Titan, das Licht absorbieren kann, auf der Basisplatte ei
ner FED aufgetragen sein. Andere geeignete lichtundurchläs
sige Materialien beinhalten isolierende lichtabsorbierende
Materialien, wie z. B. mit Ruß durchsetztes Polyimid, Man
ganoxid und Mangandioxid. Darüber hinaus kann eine derar
tige lichtabsorbierende Schicht mit einem Muster versehen
sein, um lediglich die Flächen der Basisplatte abzudecken,
die Halbleiter-Grenzübergänge enthalten. Das Lichtblockier
element kann auch aus einer Schicht aus einem Material, wie
z. B. Aluminium, bestehen, daß eher zum Reflektieren als Ab
sorbieren von Licht ausgelegt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be
schreibung anhand der Zeichnung, wobei
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer FED des
Stands der Technik ist, die eine Pixelstelle und
Abschnitte benachbarter Pixelstellen zeigt; und
Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht einer Emitter
stelle für eine FED ist, die ein erfindungsgemäß
ausgebildetes Lichtblockierelement hat.
In Fig. 2 ist eine Emitterstelle 40 einer FED schematisch
abgebildet. Die Emitterstelle 40 kann mit einer oder mehren
scharfen Spitzen, wie gezeigt, oder mit einem oder mehreren
zugespitzten Kegeln, Scheiteln oder Messerkanten ausgebil
det sein. Die Emitterstelle 40 ist auf einem Substrat 36
ausgebildet. In dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel
ist das Substrat 36 ein P-leitender Silizium-Einkristall.
Alternativ kann die Emitterstelle 40 auch einem anderen
Substratmaterial oder einer Zwischenschicht aus einer Glas
schicht oder einem Isolator-Glas-Verbundmaterial ausgebil
det sein. In dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel
besteht die Emitterstelle 40 aus einem N-Leitfähigkeitsbe
reich 58 des Substrats 36. Der N-Leitfähigkeitsbereich kann
ein Teil eines Source- oder Drain-Bereichs eines FET-Tran
sistors sein, der die Emitterstelle 40 steuert. Der N-Leit
fähigkeitsbereich 58 und das P-leitende Substrat 36 bilden
einen Halbleiter-P/N Übergang.
Die Emitterstelle 40 ist von einer Gate-Struktur oder Git
ter 42 umgeben. Das Gitter 42 ist von dem Substrat 36 mit
tels einer isolierenden Schicht 44 getrennt. Die isolie
rende Schicht 44 enthält eine geäzte Öffnung 52 für die
Emitterstelle 40. Das Gitter 42 ist mit Leiterbahnen 60
verbunden, die auf einer zwischen den Schichten angeordne
ten isolierenden Schicht 42 ausgebildet sind. Die Leiter
bahnen 60 sind in einer Isolations- und/oder Passivierungs
schicht 66 eingebettet und werden zum Steuern des Betriebs
des Gitters 42 oder anderer Schaltungskomponenten verwen
det.
Ein Anzeigeschirm 48 ist mit der Emitterstelle 40 ausge
richtet und enthält einen Phosphorüberzug 50 in dem Weg von
Elektronen 54, die von der Emitterstelle 40 emittiert wer
den. Eine elektrische Quelle 46 ist direkt oder indirekt
mit der Emitterstelle 40 verbunden, die als Kathode arbei
tet. Die elektrische Quelle 46 ist auch mit dem Gitter 42
und mit dem Anzeigeschirm 48 verbunden, der als Anode ar
beitet.
Wenn eine Spannungsdifferenz durch die Quelle 46 zwischen
der Emitterstelle 40, dem Gitter 42 und dem Anzeigeschirm
48 erzeugt wird, werden Elektronen 54 an der Emitterstelle
40 emittiert. Diese Elektronen 54 treffen auf den Phosphor
überzug 50 auf den Anzeigeschirm 48 auf. Dies erzeugt die
Photonen 56, die den Anzeigeschirm 48 bestrahlen.
Für alle bisher beschriebenen Schaltungselemente können im
Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren verwendet
werden. So beschreibt z. B. das U.S.-Patent Nr. 5,186,670,
von Doan et al., geeignete Prozesse zum Ausbilden des Sub
strats 36, der Emitterstelle 40 und des Gitters 42.
Das Substrat 36 und Gitter 42 sowie ihre zugeordneten
Schaltkreise bilden die Basisplatte 70 der FED. Das Silizi
umsubstrat 36 enthält Halbleiter-Vorrichtungen, welche den
Betrieb der Emitterstelle 40 steuern. Diese Vorrichtungen
werden kombiniert, um eine Zeilen-Spalten-Ansteuerungs
schaltung, eine Stromregelungsschaltung sowie eine Schal
tung zum elektrischen Aktivieren oder Isolieren der Emit
terstelle 40 zu bilden. Als Beispiel sei das zuvorgenannte
U.S.-Patent Nr. 5,210,472, von Casper et al. genannt, wel
ches Paare von MOSFETs beschreibt, die auf einem Silizium
substrat gebildet sind und mit Emitterstellen in Serie ge
schaltet sind. Einer der in Serie geschalteten MOSFETs wird
über seinen Steueranschluß von einem Signal auf der Zeilen
leitung angesteuert. Der andere MOSFET wird über seinen
Steueranschluß durch ein Signal auf der Spaltenleitung an
gesteuert.
Erfindungsgemäß ist eine Lichtblockierschicht 64 auf der
Basisplatte 70 ausgebildet. Die Lichtblockierschicht 64
verhindert, daß Licht aus der Umgebung und Licht, das an
dem Anzeigeschirm 48 erzeugt wird, auf Halbleiter-Grenz
übergänge auftrifft, wie z. B. den durch den N-Leitfähig
keitsbereich 58 gebildeten Grenzübergang auf dem Substrat
36. Eine Passivierungsschicht 72 ist über der Lichtbloc
kierschicht 64 ausgebildet.
Die Lichtblockierschicht 64 besteht aus einem Material, das
lichtundurchlässig ist. Die Lichtblockierschicht 64 kann
entweder ein leitfähiges oder ein isolierendes Material
sein. Zusätzlich kann die Lichtblockierschicht 64 entweder
lichtabsorbierend oder lichtreflektierend sein. Geeignete
Materialien sind unter anderem Metalle, wie z. B. Titan, die
Licht absorbieren können, oder ein stark reflektierendes
Material, wie z. B. Aluminium. Weitere geeignete leitfähige
Materialien sind unter anderem, Aluminium-Kupfer-Legierun
gen, feuerfeste Metalle und feuerfeste Metallsilizide.
Außerdem sind geeignete isolierende Materialien unter an
derem Manganoxid, Mangandioxid oder ein chemisches Polymer,
wie z. B. mit Ruß durchsetztes Polyimid. Diese isolierenden
Materialien können nicht absorbieren und in einer relativ
dicken Schicht aufgetragen werden.
Für eine Lichtblockierschicht 64 aus Metall kann eine Auf
dampftechnik, wie z. B. CVD, Kathodenzerstäubung oder Elek
tronenstrahl-Auftragung (EBD) verwendet werden. Für eine
Lichtblockierschicht 64 aus einem isolierenden Material
oder einem chemischen Polymer können die Flüssigphasenab
scheidung und Ausheilverfahren zur Bildung einer Schicht
mit einer gewünschten Dicke verwendet werden.
Die Lichtblockierschicht 64 kann als eine durchgehende
Decke aufgetragen werden, um im wesentlichen die gesamte
Basisplatte 70 abzudecken, oder sie kann unter Verwendung
eines photolithographischen Prozesses mit einem Muster ver
sehen werden, um vorbestimmte Flächen auf dem Substrat 36
(d. h. Flächen, bei denen sich Übergänge befinden) zu schüt
zen. Darüberhinaus kann die Lichtblockierschicht 64 so kon
struiert sein, daß sie anderen Schaltkreisfunktionen dient,
solange die von Halbleiter-Übergängen besetzte Fläche im
wesentlichen geschützt ist. So kann z. B. die Lichtblockier
schicht 64 mit einem Muster versehen sein, damit sie als
zwischen den Schichten angeordnete Stromverbindung arbei
tet.
Eine Verfahrenssequenz zum Ausbilden einer Emitterstelle 40
mit der Lichtblockierschicht 64 läuft folgendermaßen ab:
- 1. Bildung von Elektronen-Emitterstellen 40 als Vorsprünge, Spitzen, Keile, Kegel oder Messerkanten durch Maskierung und Ätzen des Siliziumsubstrats 36.
- 2. Bildung von N-Leitfähigkeitsbereichen 58 für die Emit terstellen 40 durch Mustergestaltung und Dotierung eines Einkristall-Siliziumsubstrats 36.
- 3. Oxidationszuspitzung der Emitterstellen 40 unter Verwen dung eines geeigneten Oxidationsprozesses.
- 4. Bildung der isolierenden Schicht 44 durch konforme Auf tragung einer Schicht aus Siliziumdioxid. Es können auch andere isolierende Materialien wie, z. B. Siliziumnitrid und Siliziumoxynitrid, verwendet werden.
- 5. Bildung des Gitters 42 durch Auftragung von dotiertem Polysilizium mit nachfolgender chemisch-mechanischer Plana risierung (CMP) zur Selbstausrichtung des Gitters und der Emitterstelle 40. Ein derartiger Prozeß wird in dem U.S.- Patent Nr. 5,229,331, von Rolfson et al ausführlich be schrieben. Anstelle von Polysilizium können auch andere leitfähige Materialien, wie z. B. Chrom, Molybdän und andere Metalle ebenfalls verwendet werden.
- 6. Fotomusterbildung und Trockenätzung des Gitters 42.
- 7. Bildung der zwischen den Schichten angeordneten Isolier schicht 62 auf dem Gitter 42. Bildung von Kontakten durch die isolierende Schicht 62 hindurch mittels Fotomusterbil dung und Ätzen.
- 8. Bildung metallischer leitfähiger Bahnen 60 für Gitter verbindungen und andere Schaltkreise. Bildung der Passivie rungsschicht 66.
- 9. Bildung der Lichtblockierschicht 64. Für eine Lichtbloc
kierschicht aus Titan oder anderen Metallen kann die Licht
blockierschicht bis auf eine Dicke 2000 Å bis 4000 Å aufge
tragen werden.
Andere Materialien können bis zu einer für dieses spezielle Material geeigneten Dicke aufgetragen werden. - 10. Fotomusterbildung und Trockenätzen der lichtblockieren den Schicht 64, Passivierungsschicht 66 und isolierenden Schicht 62, um Emitter-und Anschlußstellen-Verbindungsflä chen zu öffnen.
- 11. Bildung der Passivierungsschicht 72 auf der Lichtbloc kierschicht 64.
- 12. Bildung von Öffnungen durch die Passivierungsschicht 72 für die Emitterstellen 40.
- 13. Ätzen der isolierenden Schicht 44, um den Hohlraum 52 für die Emitterstellen 40 zu öffnen. Dies kann unter Ver wendung von Fotomusterbildung und Naßätzen erreicht werden. Für Silizium-Emitter-Stellen 40, die mit einer Schicht aus Siliziumdioxid oxidationszugespitzt sind, ist ein geeigne tes Naßätzmittel verdünnte HF-Säure.
- 14. Fortführung des Verfahrens zur Ausbildung von Abstands haltern und des Anzeigeschirms.
Somit stellt die Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung von
Grenzübergang-Restströmen in einer FED bereit, wobei ein
auf der Basisplatte des FEDs gebildetes Lichtblockierele
ment verwendet wird. Selbstverständlich ist die obige Ver
fahrensabfolge nur beispielhaft und kann bei Unterschieden
in der Basisplatte, der Emitterstelle und Gittermaterialien
sowie ihre jeweiligen Technologie zur Herstellung abgewan
delt werden.
Das Verfahren der Erfindung wurde zwar anhand gewisser be
vorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, doch wird ein
Fachmann gewisse Veränderungen und Abwandlungen durchführen
können, ohne daß er den durch die folgenden Ansprüche fest
gelegten Umfang der Erfindung verläßt.
Alle genannten U.S.-Patente und Literaturstellen werden
hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit zum Gegenstand
der Offenbarung gemacht.
Claims (13)
1. Verfahren zum Verringern eines Grenzübergang-Reststroms
an den Halbleiter-Übergängen in einer Feldemission-Anzeige
vorrichtung mit einer Basisplatte, Emitterstellen und Halb
leiter-Übergängen, wobei ein lichtblockierendes Element auf
der Basisplatte zwischen den Halbleiter-Übergängen und dem
Anzeigeschirm ausgebildet wird, um die Halbleiter-Übergänge
vor einem Photonenbeschuß von dem Anzeigeschirm und einer
Umgebung der Feldemission-Anzeigevorrichtung zu schützen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element ein lichtabsorbierendes Mate
rial aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element ein lichtreflektierendes Ma
terial aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element eine Schicht aus Material
aufweist, das in Form einer durchgehenden Decke über der
Basisplatte der Feldemission-Anzeigevorrichtung aufgetragen
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element eine Schicht aus Material
aufweist, das aufgetragen und mit Mustern versehen wird, um
vorbestimmte Flächen der Basisplatte zu schützen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element eine Schicht aus einem leit
fähigen Material aufweist, das aufgetragen und mit Mustern
versehen wird, um die Halbleiter-Übergänge zu schützen und
elektrische Signale innerhalb der Feldemission-Anzeigevor
richtung zu leiten.
7. Verfahren zum Ausbilden einer Feldemission-Anzeigevor
richtung, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Basisplatte mit Halbleiter-Übergängen;
Ausbilden von Emitterstellen auf der Basisplatte, die mit den Halbleiter-Übergängen und mit einer elektrischen Quelle elektrisch verbunden sind, wobei die Emitterstellen mit ei nem Anzeigeschirm ausgerichtet sind, der einen Phosphor überzug hat;
Ausbilden eines leitfähigen Gitters für die Emitterstellen, wobei das leitfähige Gitter mit der Quelle verbunden ist und von der Basisplatte mittels einer isolierenden Schicht getrennt ist und zur Herstellung einer Spannungsdifferenz ausgelegt ist, um eine Elektronenemission von den Emitter stellen und Photonenemission vor dem Anzeigeschirm zu er zeugen;
Ausbildung eines lichtundurchlässigen Lichtblockierelements auf der Basisplatte zum Blockieren von Photonen, die auf die Halbleiter-Übergänge gerichtet sind, um die Grenzüber gänge vor einem Grenzübergang-Reststrom zu schützen, der durch die Photonen verursacht wird, und um ein Bild an dem Anzeigeschirm zu verbessern.
Bereitstellen einer Basisplatte mit Halbleiter-Übergängen;
Ausbilden von Emitterstellen auf der Basisplatte, die mit den Halbleiter-Übergängen und mit einer elektrischen Quelle elektrisch verbunden sind, wobei die Emitterstellen mit ei nem Anzeigeschirm ausgerichtet sind, der einen Phosphor überzug hat;
Ausbilden eines leitfähigen Gitters für die Emitterstellen, wobei das leitfähige Gitter mit der Quelle verbunden ist und von der Basisplatte mittels einer isolierenden Schicht getrennt ist und zur Herstellung einer Spannungsdifferenz ausgelegt ist, um eine Elektronenemission von den Emitter stellen und Photonenemission vor dem Anzeigeschirm zu er zeugen;
Ausbildung eines lichtundurchlässigen Lichtblockierelements auf der Basisplatte zum Blockieren von Photonen, die auf die Halbleiter-Übergänge gerichtet sind, um die Grenzüber gänge vor einem Grenzübergang-Reststrom zu schützen, der durch die Photonen verursacht wird, und um ein Bild an dem Anzeigeschirm zu verbessern.
8. Verfahren zum Herstellen einer Zellemission-Anzeigevor
richtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
lichtblockierende Element aus einem Material gebildet wird,
das aus der Gruppe von Materialien ausgewählt wird, die aus
Metall, einen mit Ruß durchsetzten Polyimid, Mangandioxid
und Manganoxid besteht.
9. Verfahren zum Ausbilden einer Feldemission-Anzeigevor
richtung, welches die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden von Emitterstellen auf einer Basisplatte;
Ausbilden von Halbleiter-Übergängen auf der Basisplatte, wobei die Emitterspitzen mit den Halbleiter-Übergängen und mit einer elektrischen Quelle elektrisch verbunden werden;
Ausbilden leitfähiger Steueranschluß-Elemente für die Emit terstellen, wobei die Steueranschluß-Elemente mit der Quelle verbunden und von der Basisplatte mittels einer iso lierenden Schicht getrennt sind, wobei die Steueranschluß- Elemente zur Herstellung einer Spannungsdifferenz ausgelegt sind, um eine Elektronenemission von ausgewählten Emitter stellen zu erzeugen;
Ausbilden eines lichtundurchlässigen Lichtblockierelements auf der Basisplatte zum Blockieren von auf die Halbleiter- Übergänge gerichteten Photonen, wobei das lichtundurchläs sige Lichtblockierelement als eine Schicht aus Material ge bildet wird, das auf der Basisplatte aufgetragen wird;
Ausbilden eines Anzeigeschirms mit einem Phosphorüberzug, wobei der Anzeigeschirm von der Basisplatte beabstandet und mit einer oder mehreren Emitterstellen zum Empfangen von Elektronen ausgerichtet ist, die von den Emitterstellen emittiert werden, um Photonen zur Beleuchtung des Anzeigen schirms zu erzeugen.
Ausbilden von Emitterstellen auf einer Basisplatte;
Ausbilden von Halbleiter-Übergängen auf der Basisplatte, wobei die Emitterspitzen mit den Halbleiter-Übergängen und mit einer elektrischen Quelle elektrisch verbunden werden;
Ausbilden leitfähiger Steueranschluß-Elemente für die Emit terstellen, wobei die Steueranschluß-Elemente mit der Quelle verbunden und von der Basisplatte mittels einer iso lierenden Schicht getrennt sind, wobei die Steueranschluß- Elemente zur Herstellung einer Spannungsdifferenz ausgelegt sind, um eine Elektronenemission von ausgewählten Emitter stellen zu erzeugen;
Ausbilden eines lichtundurchlässigen Lichtblockierelements auf der Basisplatte zum Blockieren von auf die Halbleiter- Übergänge gerichteten Photonen, wobei das lichtundurchläs sige Lichtblockierelement als eine Schicht aus Material ge bildet wird, das auf der Basisplatte aufgetragen wird;
Ausbilden eines Anzeigeschirms mit einem Phosphorüberzug, wobei der Anzeigeschirm von der Basisplatte beabstandet und mit einer oder mehreren Emitterstellen zum Empfangen von Elektronen ausgerichtet ist, die von den Emitterstellen emittiert werden, um Photonen zur Beleuchtung des Anzeigen schirms zu erzeugen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Lichtblockierelement eine mit einem Muster versehene
Schicht zum Schützen vorbestimmter Flächen der Basisplatte
ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element ein lichtabsorbierendes Mate
rial ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtblockierende Element ein lichtreflektierendes Ma
terial ist.
13. Feldemissions-Anzeigevorrichtung, mit einer in und/oder
auf einem Substrat (36) ausgebildeten Halbleiterstruktur
(58, 40, 42) mit p-n-Übergängen und zur Elektronenemission
anregbaren Emitterstellen (40), und mit einem durch die
emittierten Elektronen örtlich zur Lichtemission anregbaren
Lumineszenzschirm (48, 50), dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Halbleiterstruktur und dem Lumineszenzschirm
eine lichtundurchlässige Schicht (64) derart angeordnet und
ausgebildet ist, daß sie das Auftreffen von Licht vom Lumi
neszenzschirm (48, 50) und/oder aus der Umgebung auf die p
n-Übergänge der Halbleiterstruktur im wesentlichen verhin
dert, aber das Auftreffen der von den Emitterstellen (40)
emittierten Elektronen auf den Lumineszenzschirm nicht be
hindert.
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