DE3878298T2

DE3878298T2 - Vorrichtung zur emission von elektronen.

Info

Publication number: DE3878298T2
Application number: DE8888107251T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kaneko; Mamoru Miyawaki; Masahiko Okunuki; Isamu Shimoda; Akira Suzuki; Toshihiko Takeda; Takeo Tsukamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2008-05-06
Also published as: US5786658A; US4904895A; EP0290026A1; US6515640B2; EP0290026B1; US20020097204A1; DE3878298D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenemissionsvorrichtung und insbesondere auf eine solche Vorrichtung mit einer Elektronenemissionselektrode mit mindestens einem spitzigen Ende und einer dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordneten Gegenelektrode.
Als Elektronenquelle wurde die thermische Elektronenemission aus einer heißen Kathode genutzt. Eine solche Elektronenemission unter Verwendung einer heißen Kathode war mit den Nachteilen eines hohen Energieverlustes bei dem Heizen, der Erfordernis einer Heizvorrichtung, einer für das vorbereitende Heizen benötigten beträchtlichen Zeit und einer Tendenz zu einer durch die Wärme verursachten Instabilität des Systems verbunden.
Aus diesen Gründen wurden Elektronenemissionsvorrichtungen ohne Heizung entwickelt, von denen eine Elektronenemissionsvorrichtung des Feldeffekt-(FE) Typs bekannt ist.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektronenemissionsvorrichtung des Feldeffekttyps.
Gemäß Fig. 1 ist die herkömmliche Elektronenemissionsvorrichtung des Feldeffekttyps aus einem Kathodenchip 20, der auf einem Substrat 23 ausgebildet ist und ein scharf zugespitztes Ende für das Erzielen eines starken elektrischen Felds hat, und einer Anzugselektrode 22 zusammengesetzt, die auf dem Substrat 23 über einer Isolierschicht 21 ausgebildet ist und eine annähernd kreisförmige Öffnung um das spitzige Ende des Kathodenchips 20 herum hat, wobei eine Spannung zwischen den Kathodenchip 20 und die Anzugselektrode 22 mit dem positiven Spannungswert an der letzteren angelegt wird, wodurch die Elektronenemission aus dem spitzigen Ende des Kathodenchips 20 hervorgerufen wird, an dem die Stärke des elektrischen Felds größer ist.
Gemäß der Veröffentlichung US-A-3 812 559 ist auf einem Substrat eine Vielzahl von Elektroden in Konusform ausgebildet, um dadurch ein Ausführungsbeispiel einer Emissionselektrode zu bilden. Eine zweite Elektrode besteht aus einem Film des gleichen Leiters mit einer Isolierschicht zwischen den beiden Elektroden, wobei Löcher in der zweiten Elektrode und der Isolierschicht die abgestrahlten Elektronen mit Energie austreten lassen, die einer zwischen die beiden Elektroden angelegten Spannung entsprechen.
Aus der EP-A-0 260 075, die den Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPC beschreibt, ist es bekannt, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu bilden, die eine Elektronenemissionselektrode mit mindestens einem spitzigen Ende und eine dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnete Gegenelektrode aufweist, bei beide durch Feinbearbeitung einer auf ein isolierendes Substrat laminierten, im wesentlichen koplanaren Leiterschicht gebildet sind.
In einer solchen herkömmlichen Feldeffekt-Elektronenemissionsvorrichtung ist jedoch das scharf zugespitzte Ende schwierig herzustellen und es wurde im allgemeinen durch elektrolytisches Polieren bzw. Blankätzen und darauffolgendes Umformen hergestellt. Dieser Prozeß ist jedoch umständlich, erfordert viele Arbeitsschritte und ist schwierig zu automatisieren, da er verschiedenerlei empirische Faktoren beinhaltet. Infolgedessen ergeben sich leicht Schwankungen der Herstellungsbedingungen und die Produktqualität kann nicht konstant gehalten werden. Ferner tendiert die Laminatstruktur dazu, einen Registrierfehler zwischen dem Kathodenchip 20 und der Anzugselektrode 22 zu ergeben.
In Anbetracht des vorstehenden ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen, die als eine dünne Struktur ausgebildet ist, wobei der Prozeß zum Herstellen einer Elektronenemissionselektrode mit mindestens einem spitzigen Ende vereinfacht ist.
Erfindungsgemäß kann diese Aufgabe mit einer Elektronenemissionsvorrichtung gelöst werden, die eine Elektronenemissionselektrode mit mindestens einem spitzigen Ende und eine dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnete Gegenelektrode enthält, die beide durch Feinbearbeitung einer auf ein isolierendes Substrat laminierten, im wesentlichen koplanaren Leiterschicht gebildet sind, wobei mindestens das spitzige Ende aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt und geringer Austrittsarbeit besteht.
Die im allgemeinen für eine Elektronenemission erforderliche elektrische Feldstärke ist 10&sup8; V/cm oder höher und bei dem Vorhandensein eines solchen elektrischen Felds treten die Elektronen in dem Feststoff durch einen Tunneleffekt durch eine Potentialschwelle an der Oberfläche hindurch, so daß die Elektronenemission verursacht wird.
Wenn zwischen die Elektronenemissionselektrode und die Gegenelektrode eine Spannung V angelegt wird und der Krümmungsradius r eines Elektronenabgabebereichs der Elektronenemissionselektrode klein ist, genügt die elektrische Feldstärke E an dem Elektronenabgabebereich der Beziehung
E α V/r
Bei der Elektronenemission sollte der Bereich der Energie der abgegebenen Elektronen vorzugsweise klein sein, um die Konvergenz der Elektronen zu verbessern, und die Vorrichtung sollte vorzugsweise mit einer niedrigen Spannung betreibbar sein. Aus diesen Gründen sollte der Krümmungsradius r vorzugsweise so klein wie möglich sein.
Ferner ist es zum Stabilisieren der Elektronenemissionsspannung wünschenswert, den Abstand zwischen der Elektronenemissionselektrode und der Gegenelektrode auf genaue Weise zu steuern.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dazu ausgelegt, unter Anwendung von Feinbearbeitungstechnologie den Krümmungsradius der Elektronenemissionselektrode zu verkleinern und den Abstand zwischen der Elektronenemissionselektrode und der Gegenelektrode auf genaue Weise zu steuern.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Elektronenemissionsvorrichtung gelöst werden, die mit einer Elektronenemissionselektrode mit einem spitzigen Ende auf einem isolierenden Substrat in der Weise, daß sie im wesentlichen zu dem Substrat koplanar ist, und einer Anzugselektrode versehen ist, die dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnet ist und eine Elektronenaustrittsöffnung hat.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden eine Elektronenemissionselektrode mit einem spitzigen Ende und eine dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnete Anzugselektrode mit einer Elektronenaustrittsöffnung im wesentlichen koplanar zur Oberfläche eines isolierenden Substrats ausgebildet und es wird eine Spannung zwischen die Elektronenemissionselektrode und die Anzugselektrode mit positiver Spannung an letzterer angelegt, um eine Elektronenabgabe aus dem spitzigen Ende durch die Elektronenaustrittsöffnung hindurch im wesentlichen koplanar zu der Oberfläche des isolierenden Substrats zu bewirken.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Feldeffekt-Elektronenemissionsvorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3(A) bis 3(D) sind schematische Darstellungen eines Prozesses für das Ausbilden einer Ausnehmung auf einem Substrat.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein FIB-Gerät.
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Fig. 9(A) bis 9(D) sind schematische Darstellungen eines Prozesses zum Ausbilden einer Ausnehmung auf einem Substrat.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem siebenten Ausführungsbiespiel.
Die Erfindung wird nun ausführlich anhand von in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen hierfür erläutert.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist auf einem isolierenden Substrat 1 wie Glas eine leitende Schicht mit einer Dicke von ungefähr 50 nm beispielsweise durch Vakuumbedampfen abgelagert und es sind durch maskenlose Ätztechnik wie die nachfolgend zu erläuternde FIB-Technik eine Elektronenemissionselektrode 2 und eine Gegenelektrode 3 ausgebildet.
Ein spitziges Ende der Elektronenemissionselektrode 2 ist zum Verkleinern des Krümmungsradius als Dreieck- oder Parabolform gebildet und zu einer keilförmigen oder parabelförmigen Säule bearbeitet.
Die Elektronenemissionselektrode 2 wird vorzugsweise aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt geformt, da sie gemäß den vorstehenden Ausführungen zu einer Verkleinerung des Krümmungsradius bearbeitet wird und wegen einer hohen Stromdichte eine große Wärmemenge entsteht, und vorzugsweise auch aus einem Material mit niedriger Austrittsarbeit, um die angelegte Spannung zu verringern. Beispiele für ein solches Material sind Metalle wie W, Zr oder Ti, Metallcarbide wie TiC, ZrC oder HfC, Metallboride wie LaB&sub4;, SmB&sub4; oder GdB&sub4; und Metallsilicide wie WSi&sub2;, TiSi&sub2;, ZrSi&sub2; oder GdSi&sub2;.
Hinsichtlich der Form ist die Gegenelektrode 3 nicht eingeschränkt, sie kann jedoch leicht hergestellt werden und eine wirkungsvolle Elektronenemission aus der Elektronenemissionselektrode 2 hervorrufen, wenn sie wie bei diesem Ausführungsbeispiel geradlinig dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode gegenübergesetzt ausgebildet ist.
An die Elektronenemissionsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird mittels einer Spannungsquelle 4 eine Spannung zwischen die Elektronenemissionselektrode 2 und die Gegenelektrode 3 mit positivem Spannungswert an der letzteren angelegt. Auf diese Weise wird an dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode 2 ein starkes elektrisches Feld zum Induzieren der Elektronenemission gebildet. Die Emissionsstromdichte J bei diesem Zustand ergibt sich nach der Gleichung von Fauler-Nordheim folgendermaßen:
wobei E die elektrische Feldstärke ist und φ die Austrittsarbeit ist.
Falls beispielsweise das spitzige Ende der Elektronenemissionselektrode 2 als parabelförmige Klinge mit einem Kopfwinkel von 30º ausgebildet ist und von der Gegenelektrode 3 um 0,1 um beabstandet ist, wird mit einer Spannung von 80V zwischen den Elektroden eine elektrische Feldstärke von 2,0 x 10&sup7; V/cm bei einem Emissionsstrom von 3,7 x 10&supmin;² A/cm² für eine Austrittsarbeit 3,5 von Metall erreicht.
Die aus dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode 2 austretenden Elektronen werden teilweise von der Gegenelektrode 3 absorbiert, jedoch werden diejenigen mit niedrigerer Energie durch Niedrigenergie-Elektronenstrahlablenkung durch das Kristallgitter der Gegenelektrode 3 abgelenkt und in einer zu dem isolierenden Substrat 1 senkrechten Richtung abgestrahlt. Solche Elektronen mit einer Bewegungskomponente in der zu dem isolierenden Substrat 1 senkrechten Richtung können als Elektronenquelle genutzt werden.
Zum Erhöhen der Stärke des elektrischen Felds zwischen der Elektronenemissionselektrode 2 und der Gegenelektrode 3 und zum wirkungsvollen Erhalten von Elektronen ohne Elektronenladung auf dem isolierenden Substrat ist es wünschenswert, dem Substrat an der Stelle, an der das elektrische Feld konzentriert ist, beispielsweise durch Trockenätzung eine tiefe Ausnehmung zu bilden. Im folgenden wird der Prozeß zum Herstellen einer solchen Ausnehmung erläutert.
Fig. 3(A) bis 3(D) zeigen schematisch den Prozeß zum Ausbilden einer Ausnehmung an dem Substrat.
Zuerst wird gemäß Fig. 3(A) auf einem Siliciumsubstrat 5 beispielsweise durch thermische Oxidation eine SiO&sub2;-Schicht 6 gebildet.
Dann wird gemäß Fig. 3(B) eine leitende Schicht 7 beispielsweise aus Wolfram (W) gebildet.
Danach werden gemäß Fig. 3(C) mittels einer Feinbearbeitungstechnik wie der FIB-Technik eine Elektronenemissionselektrode 2 mit einem spitzigen Ende und eine geradlinige Gegenelektrode 3 ausgebildet.
Schließlich wird gemäß Fig. 3(D) die SiO&sub2;-Schicht 6 selektiv geätzt, beispielsweise durch Naßätzen mit einer Fluor- Salpetersäure-Ätzflüssigkeit oder durch Plasmaätzung mit einem Reaktionsgas wie CF&sub4;. Das Ätzen erfolgt durch die Lücke zwischen der Elektronenemissionselektrode 2 und der Gegenelektrode 3 hindurch und schreitet isotropisch zum Bilden einer Ausnehmung 8 fort, wodurch die SiO&sub2;-Schicht 6 in einem Teil des zu der Elektronenemission beitragenden konzentrierten elektrischen Felds vollständig entfernt wird.
Im folgenden wird die bei diesem Ausführungsbeispiel angewandte Feinbearbeitungstechnik erläutert.
Eine Feinbearbeitung wird gewöhnlich mit einer fotolithografischen Technik mit einem Fotoresistprozeß und einem Ätzprozeß ausgeführt, es ist aber dabei infolge von Maskenabbildungsfehlern und dergleichen schwierig, eine Genauigkeit unterhalb von 0,7 um zu erreichen.
Die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anzuwendende Feinbearbeitungstechnik sollte für eine Feinbearbeitung unterhalb von 0,7 um geeignet sein, um die Anwendung niedriger Spannung zu ermöglichen, und kann die vorangehend genannte FIB-Technik sein.
Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ein FIB-Gerät. Bei der FIB-Technik wird zum Erzielen einer Feinbearbeitung in der Submikrometer-Größenordnung mit einem Metallionenstrahl abgetastet, der auf Submikrometer-Größe gebündelt ist, wobei die Zerstäubungserscheinung an einer festen Oberfläche genutzt wird.
Nach Fig. 4 werden aus einen Ionenquelle 9 mit einer Anzugselektrode Atome eines flüssigen Metalls abgegeben und es wird mittels eines EXB-Massewählers 11 (im Falle einer flüssigen Legierung) ein gewünschter Ionenstrahl gewählt. Dann wird der beispielsweise auf 80 keV beschleunigte Ionenstrahl durch eine Objektivlinse 12 auf eine Größe von ungefähr 0,1 um gebündelt und mittels Ablenkelektroden 13 auf ein Substrat 14 gerichtet. Die Ausrichtung des Ionenstrahls wird mittels eines Objektträgers 15 erreicht.
Die Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine Elektronenquelle mit dem gleichen Aufbau wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel und für das wirkungsvolle Herausgreifen von Elektronen mit verschiedenen Bewegungsvektoren eine Anzugselektrode 16, die oberhalb der Elektronenquelle angeordnet ist. Wenn eine Spannungsquelle 17 eine Spannung zwischen die Elektronenemissionselektrode 2 und die Anzugselektrode 16 mit positiver Spannung an der letzteren anlegt, können die aus der Elektronenemissionselektrode 2 austretenden Elektronen wirkungsvoll in einer zu dem isolierenden Substrat 1 senkrechten Richtung erhalten werden.
Die Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Die Elektronenemissionselektrode 2 ist durch eine Feinbearbeitungstechnik wie die FIB-Technik mit vielen spitzen Enden in genau bestimmtem Abstand zu der Gegenelektrode 3 versehen, so daß die für die Elektronenemission anliegenden Spannungen nur eine begrenzte Abweichung zeigen und die Mengen der aus den verschiedenen spitzigen Enden austretenden Elektronen annähernd gleich werden.
Die Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
In der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Elektronenemissionseinheiten A durch Leiter 18&sub1; bis 18&sub5;, die jeweils viele spitzige Enden haben, und durch Leiter 19&sub1; bis 19&sub5; gebildet, die in Matrixanordnung in bezug auf die Leiter 18&sub1; bis 18&sub5; angeordnet sind und die jeweils den spitzigen Enden entsprechende Gegenelektroden haben. An die Leiter 18&sub1; bis 18&sub5; wird in Aufeinanderfolge ein Potential von 0V angelegt und synchron mit dem aufeinanderfolgenden Anwählen der Leiter 18&sub1; bis 18&sub5; wird über jeweils mit den Leitern 19&sub1; bis 19&sub5; verbundene Transistoren Tr1 bis Tr5 eine vorbestimmte Spannung V angelegt, um Elektronen aus gewünschten Elektronenemissionseinheiten abzustrahlen.
Gemäß der vorangehenden Erläuterung wird es durch das erste bis vierte Ausführungsbeispiel ermöglicht, mittels einer Feinbearbeitungstechnik den Krümmungsradius den Elektronenemissionselektrode auf ein Mindestmaß herabzusetzen und den Abstand derselben von der Gegenelektrode genau einzustellen, wodurch sich folgende Vorteile ergeben:
(1) Niedrigspannungsbetrieb unter Verringerung von Abweichungen hinsichtlich der Energie der austretenden Elektronen,
(2) Ein vereinfachter Herstellungsprozeß, da eine Feinbearbeitungstechnik wie die FIB-Technik das Formen der Elektronenemissionselektrode und der Gegenelektrode mit hoher Genauigkeit ohne zusätzliche Schritte wie beispielsweise das Nachformen zuläßt, und
(3) Ein dünnerer, kleinerer und leichterere Aufbau, da die Elektronenemissionselektrode und die Gegenelektrode auf genaue Weise in planarer Struktur geformt werden können.
Die Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Auf einem isolierenden Substrat 1 wie Glas wird durch Vakuumbedampfen eine leitende Schicht mit einer Dicke von 50 bis 100 nm gebildet und es werden mittels einer maskenlosen Ätztechnik wie der vorstehend erläuterten FIB-Technik eine Elektronenemissionselektrode 2 und Linsenbestandteile 3A bis 3D ausgebildet, welche eine sog. Butler-Bipotentiallinse bilden. Die Linsenbestandteile 3A und 3B werden auch als Anzugselektroden benutzt, an die mittels einer Spannungsquelle 4A ein bezüglich der Elektronenemissionselektrode 2 höheres Potential angelegt wird, wodurch Elektronen aus der Elektrode 2 zu einem Zwischenraum zwischen den Linsenbestandteilen 3A und 3B hin ausgestrahlt werden.
Diese zu dem Zwischenraum zwischen den Linsenbestandteilen 3A und 3B angezogenen Elektronen können dadurch auf einem gewünschten Brennpunkt gesammelt werden, daß auf geeignete Weise das Spannungsverhältnis V&sub1; zu V&sub2; gewählt wird, wobei V&sub1; die an den Linsenbestandteilen 3A und 3B anliegende Spannung ist und V&sub2; die mittels einer Spannungsquelle 4B an die Linsenbestandteile 3C und 3D angelegte Spannung ist, und daß auf geeignete Weise die Abstände zwischen der Elektronenemissionselektrode 2 und den Linsenbestandteilen 3A bis 3D gewählt werden.
Die Form und das Material der Elektronenemissionselektrode 2 bei diesem Ausführungsbeispiel können die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sein.
Die Linsenelektroden sind nicht auf diejenigen des vorstehend beschriebenen Bipotential-Typs eingeschränkt, sondern können irgendeine Ausführung mit Elektronensammelwirkung sein.
Zum Verstärken des elektrischen Felds zwischen der Elektronenemissionselektrode 2 und den Linsenbestandteilen 3A und 3B und zum wirkungsvollen Herausführen der Elektronen durch eine Lücke zwischen den Linsenbestandteilen 3C und 3D ohne elektronisches Laden des isolierenden Substrats ist es wünschenswert, beispielsweise durch Trockenätzung an dem isolierenden Substrat eine Ausnehmung zu bilden, die zumindest dem Durchlaßbereich für die aus dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode austretenden Elektronen und/oder dem Bereich des an diesen Elektronen anliegenden elektrischen Felds entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gemäß der Darstellung in Fig. 8 an dem isolierenden Substrat 1 eine Ausnehmung mit Ausnahme der Flächen der Elektronenemissionselektrode 2 und der Linsenbestandteile 3A bis 3D ausgebildet.
Die Fig. 9(A) bis 9(D) sind schematische Ansichten, die den Prozeß zum Ausbilden dieser Ausnehmung an dem Substrat darstellen.
Zuerst wird gemäß Fig. 9(A) auf einem Siliciumsubstrat 5 beispielsweise durch thermische Oxidation eine SiO&sub2;-Schicht 6 gebildet.
Dann wird gemäß Fig. 9(B) eine leitende Schicht 7 beispielsweise aus Wolfram (W) gebildet.
Danach wird gemäß Fig. 9(C) ein Feinbearbeitungsprozeß wie ein FIB-Prozeß ausgeführt, um die Elektronenemissionselektrode 2 und die Linsenbestandteile 3A bis 3D zu formen (von denen die Teile 3B und 3D nicht dargestellt sind).
Schließlich wird gemäß Fig. 9(D) die SiO&sub2;-Schicht 6 durch Naßätzen unter Verwendung einer Fluor-Salpetersäure-Ätzflüssigkeit oder durch Plasmaätzen unter Verwendung eines reaktiven Gases wie CF&sub4; selektiv geätzt. Das Ätzen erfolgt isotropisch an dem isolierenden Substrat 1 mit Ausnahme derjenigen Bereiche desselben, die mit der Elektronenemissionselektrode 2 und den Linsenbestandteilen 3A bis 3D in Berührung stehen, wobei die Oberfläche des dem Bereich des elektrischen Feldes entsprechenden isolierenden Substrats vollständig abgetragen wird. Auf diese Weise wird die Ausnehmung 8 gebildet. Die Struktur dieses Ausführungsbeispiels kann auch mit der Feinbearbeitungstechnik unter Anwendung des in Fig. 4 gezeigten FIB-Geräts gebildet werden.
Die Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem Aufbau der Vorrichtung gemäß dem vorangehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel mit linearen Platten 30 und 31 zur elektrostatischen Ablenkung und Einzellinsenteilen 32 bis 37 auf dem isolierenden Substrat 1 versehen.
Gleiche Komponenten wie diejenigen bei dem fünften Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden im weiteren nicht beschrieben.
Mittels der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die für eine lineare Ablenkung und Fokussierung an dem isolierenden Substrat 1 geeignet ist, kann eine hochgenaue Ablenkung und Fokussierung erreicht werden und die ganze Vorrichtung leichter und dünner gestaltet werden.
Es ist ferner möglich, die Elektronen zweidimensional dadurch abzulenken, daß außerhalb des isolierenden Substrats 1 eine Vorrichtung zum Ablenken in einer anderen Richtung gebildet wird.
Zum Bilden eines Elektronenstrahl-Bildschreibgeräts können mehrere Einheiten der vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtung verwendet werden.
Die Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung.
Die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit einer Vielzahl von spitzigen Enden der in Fig. 5 dargestellten Art versehen und entsprechend einem jeden spitzigen Ende sind Linsenbestandteile 3A' und 3C' vorgesehen, die eine Bipotentiallinse bilden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl der spitzigen Ende und der Linsenbestandteile 3A' und 3C' auf genaue Weise mit einer Feinbearbeitungstechnik wie der FIB-Technik geformt werden, so daß die Spannungen für die Elektronenemission nur geringe Abweichungen zeigen und die Mengen der aus den verschiedenen spitzigen Enden austretenden Elektronen im wesentlichen gleich werden.
Gemäß der vorstehenden Beschriebung haben das fünften bis siebente Ausführungsbeispiel die Elektronenemissionselektrode und die Anzugselektrode auf dem gleichen isolierenden Substrat und es ist möglich, die Elektronen in einer im wesentlichen zu der Oberfläche dieses Substrats parallelen Richtung herauszuführen, wodurch sich folgende Vorteile ergeben:
(1) die Elektronenemissionselektrode und die Anzugselektrode können im gleichen Schritt unter verringerten Kosten und mit verbesserter relativer Lagegenauigkeit hergestellt werden und
(2) die Vorrichtung kann dünner, kleiner und leichter gestaltet werden, da die Elektronenemissionselektrode und die Anzugselektrode auf dem gleichen isolierenden Substrat ausgebildet werden können.

Claims

1. Elektronenemissionsvorrichtung, die eine Elektronenemissionselektrode (2) mit mindestens einem spitzigen Ende und eine dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnete Gegenelektrode (3) enthält, welche beide durch Feinbearbeitung einer auf ein isolierendes Substrat (1) laminierten, im wesentlichen koplanaren Leiterschicht (7) ausgebildet sind, wobei zumindest das spitzige Ende aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt und einer geringen Austrittsarbeit gebildet ist.

2. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, die an dem isolierenden Substrat (1) eine Ausnehmung (8) zumindest in einem Bereich zwischen dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode (2) und der Gegenelektrode (3) aufweist.

3. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, in der über dem spitzigen Ende eine Anzugselektrode (16; 3A, 3B) ausgebildet ist.

4. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, in der durch Leiterbahnen (18&sub1; bis 18&sub5;), die jeweils eine Vielzahl von spitzigen Enden haben, und durch Leiterbahnen (19&sub1; bis 19&sub5;), die den spitzigen Enden jeweils entsprechende Gegenelektroden haben, eine Matrix gebildet ist.

5. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 3, in der die Anzugselektrode (16; 3A, 3B) dem spitzigen Ende gegenübergesetzt angeordnet ist und eine Elektronenaustrittsöffnung hat, wobei die Anzugselektrode (16; 3A, 3B) auf dem isolierenden Substrat (1) im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des isolierenden Substrats (1) ausgebildet ist.

6. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 5, in der die Anzugselektrode aus Elektrodenteilen (3A, 3B) zusammengesetzt ist, die eine Linse für das Zusammenführen der emittierten Elektronen bilden.

7. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 6, die hinter der Anzugselektrode (3A, 3B) Ablenkelektroden (30, 31) und/oder Linsenelektroden (3C, 3D; 32 bis 37) aufweist.

8. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, die an dem isolierenden Substrat (1) eine Ausnehmung (8) aufweist, die einem Durchlaßbereich für die von dem spitzigen Ende der Elektronenemissionselektrode (2) abgestrahlten Elektronen und/oder einem Bereich eines an diese Elektronen angelegten elektrischen Feldes entspricht.