NL8602330A - Werkwijze voor het contacteren van halfgeleiderkathoden, alsmede voor het vervaardigen van een electronenbuis voorzien van een dergelijke kathode. - Google Patents

Description

t PHN 11.871 1 & N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken.

"Werkwijze voor het contacteren van halfgeleiderkathoden, alsmede voor het vervaardigen van een electronenbuis voorzien van een dergelijke kathode".

De uitvinding betreft een werkwijze voor het vervaardigen, met name het contacteren van een halfgeleiderkathode met een oppervlaktezone van een eerste geleidingstype in een de oppervlakte-zone althans gedeeltelijk omringend halfgeleidergebied .

5 Daarnaast betreft de uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een electronenbuis die een dergelijke halfgeleiderkathode bevat.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een halfgeleiderkathode respectievelijk een electronenbuis vervaardigd met behulp 10 van de genoemde werkwijzen.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder, doch niet uitsluitend geschikt voor halfgeleiderkathodes van het zogenaamde gesperde junctie-type zoals onder meer beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 79Q5470 van Aanvraagster.

15 Zoals' in de genoemde Octrooiaanvrage beschreven, wordt voor het verkrijgen van een goede efficiency het emitterend oppervlak bedekt met een laag van electronen-uittreepotentiaal-verlagend materiaal, bij voorkeur een mono-atomaire laag van zuiver cesium.

Hiertoe moet het emitterend oppervlak vooraf gereinigd 20 worden. Deze reiniging, die ook gewenst is als de laag uittreepotentiaal-verlagend materiaal niet wordt aangebracht, vindt plaats door de halfgeleiderkathode na montage in de electronenbuis en evacueren van de electronenbuis te verhitten tot een temperatuur die voldoende hoog is (ca 850° C) om alle ongewenste elementen van het emitterend oppervlak 25 te verwijderen.

Deze uitstooktemperatuur is in het algemeen zo hoog dat in de halfgeleidertechnologie gebruikelijke contacten zoals bijvoorbeeld aluminium- goud- en zilvercontacten, aangebracht door middel van solderen, ultrasoon bonden of thermocompressie hiertegen niet bestand 30 zijn, onder andere doordat eutectische legeringen of (bij silicium- kathoden) siliciden ontstaan dan wel materiaal door smelten of verdampen wordt aangetast.

8602330 a PHN 11.871 2 \

Met name treden dergelijke problemen op indien de diepte van de oppervlaktezone ca 5 ym of minder bedraagt; door de genoemde verschijnselen kan dan bijvoorbeeld kortsluiting ontstaan tussen deze zone en het omringende halfgeleidergebied.

5 Bij het gebruik van contacten uit materialen die bij hogere temperatuur smelten, zoals bijvoorbeeld tantaalcontacten aangebracht door middel van laserlassen treden dergelijke problemen niet meer op, maar kan de las door scheurvorming onbetrouwbaar worden.

Een werkwijze volgens de uitvinding waarbij de genoemde 10 problemen zo veel mogelijk worden voorkomen heeft het kenmerk dat de oppervlaktezone wordt voorzien van een contact dat tenminste een laag bevat van een eerste metaal uit de groep van tantaal, titaan en vanadium en een laag van een tweede metaal uit de groep van goud, zilver en koper en het contact door een warmtebehandeling wordt verkregen.

15 Onder warmtebehandeling worden in deze Aanvrage algemeen gebruikelijke verbindingstechnieken bij verhoogde temperatuur verstaan zoals bijvoorbeeld thermocompressie, weerstandslassen, laserlassen etc.

Een voorkeursuitvoering van de uitvinding heeft het kenmerk dat de laag van het tweede materiaal direct op het halfgeleider-20 oppervlak wordt aangebracht en een dikte bezit die ten hoogste 0,25 maal de diepte van de oppervlaktezone van het eerste geleidingstype bedraagt.

Een halfgeleiderkathode verkregen met behulp van deze werkwijze kan na montage in een electronenbuis tot temperaturen tussen 800° C en 950° C worden verhit zonder dat de genoemde kortsluiting 25 optreedt, omdat de dikte van de tweede metaallaag zo dun is dat de vorming van eventuele eutectische verbindingen en/of siliciden beperkt blijft tot een dunne bovenlaag van de oppervlaktezone van het eerste geleidingstype. In de praktijk blijkt de contactering van silicium-halfgeleiderkathoden zonder degradatie intact te blijven, ook bij 30 meermalen verhitten tot temperaturen ver boven de eutectische temperatuur van silicium en het tweede metaal.

In het bijzonder bleek de combinatie van tantaal en zilver zeer stabiele contacten op te leveren, met name als deze door middel van thermocompressie werden aangebracht.

35 De hiermee verkregen kathode kan vervolgens in een electronenbuis worden aangebracht via een werkwijze waarbij na montage van de halfgeleiderkathode in de electronenbuis en afdichten van deze 8602330 y PHN 11.871 3 buis de halfgeleiderkathode wordt verhit tot een temperatuur tussen 800°C en 950°C.

Het door middel van deze warmtebehandeling gereinigde halfgeleideroppervlak vertoont een praktisch uniform emissiegedrag.

5 Bovendien kan op een dergelijk schoon oppervlak zonder meer een uittree-potentiaal-verlagend materiaal, bij voorkeur een mono-atomaire laag cesium worden neergeslagen.

De uitvinding zal thans nader worden verklaard aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening, waarin 10 Figuur 1 schematisch een bovenaanzicht toont van een halfgeleiderkathode voorzien van een contact verkregen met een werkwijze volgens de uitvinding;

Figuur 2 schematisch een doorsnede toont langs de lijn II-II in Figuur 1 en 15 Figuur 3 schematisch een electronenbuis toont, vervaardigd met behulp van een werkwijze volgens de uitvinding.

De halfgeleiderkathode 1 (Figuur 1,2) bevat een p-type substraat 2 van silicium met aan een oppervlak 3 een n-type zone 4 met een diepte van ca 5 micrometer. Het betreft hier een halfgeleiderkathode 20 van het zogeheten "gesperde-junctie"-type. Voor een gedetailleerde wijze van de werking van een dergelijke halfgeleiderkathode zij verwezen naar de bovengenoemde Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470.

Het eigenlijke electronenemitterend gebied bevindt zich ter plaatse van het cirkelvormig emissiegebied 5 in Figuur 1 waar het 25 oppervlak ter verhoging van het emissierendement bedekt kan worden met een mono-atomaire laag cesium. Deze laag cesium wordt aangebracht nadat de kathode op de eindwand 7 van de electronenbuis 6 (Figuur 3) is gemonteerd en de electronenbuis 6 is geëvacueerd. De overige elementen van de electronenbuis 6 zoals bijvoorbeeld afbuigeenheden etc. zijn in 30 Figuur 3 weggelaten evenals een cesiumbron voor het aanbrengen van de mono-atomaire laag cesium.

Alvorens de laag cesium aan te kunnen brengen moet eerst het oppervlak 3 ter plaatse van het emitterend gebied 5 gereinigd worden; dit vindt plaats door de kathode 1 te verhitten tot ca 850°C 35 bijvoorbeeld door middel van een stookweerstand.

Zoals in de inleiding beschreven worden de aansluitdraden 9 volgens de uitvinding vervaardigd uit een eerste laag 10 van tantaal, 8602330 PHN 11.871 4 f 3 dat bij hoge temperatuur smelt en een tweede laag 11 van zilver dat bij veel lagere temperatuur smelt waarbij de zilverlaag in dit voorbeeld een dikte van ca 1 micrometer bezit. Doordat deze laag dun is ten opzichte van de diepte van de oppervlaktezone 6 wordt een contact verkregen dat 5 goed bestand blijkt tegen de hoge temperaturen in volgende stappen, voor het vervaardigen van de electronenbuis, met name het reinigen van het emitterend oppervlak.

De zilver-tantaal aansluitdraden 9 worden verkregen door op een tantaalfolie een dunne laag zilver neer te slaan waarna hieruit 10 door middel van knippen de aansluitdraden of -banden worden gevormd.

De dubbellaag zilver-tantaal wordt vervolgens door middel van thermo-compressie ter plaatse van de halfgeleiderzone 4 op het oppervlak 3 bevestigd.

De aansluitdraden 9 worden via doorvoeren in de eindwand 15 7 naar buiten gevoerd evenals een aansluitdraad 12 ten behoeve van het contacteren van het substraat 2. Nadat de kathode aldus bevestigd is wordt de buis 6 vacuümgezogen of met een schutgas gevuld en vervolgens afgedicht.

Vervolgens wordt voor het schoonmaken van het emitterend 20 oppervlak de kathode verhit tot ca 850°C, met behulp van een stookweer-stand. Door de geringe dikte van de zilverlaag 11 ten opzichte van die van de n-type zone 4 treedt geen degradatie van de pn-overgang 8 op.

Tenslotte wordt op algemeen gebruikelijke wijze een mono-atomaire laag cesium aangebracht op het emitterend oppervlak vanuit een 25 niet getekend cesiumreservoir. Hiermee is een electronenbuis volgens de uitvinding verkregen.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot het hier getoonde voorbeeld maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk.

30 Zo kan vooraf al een laagje tantaal van ca -,2 pm op het oppervlak 3 zijn aangebracht, dat het onderliggende halfgeleiderlichaam bedekt. In dat geval mag de zilverlaag 11 een grotere dikte hebben.

Hoewel in het voorbeeld sprake is van een pn-overgang 9 kan in plaats van een pn-structuur voor de halfgeleiderkathode ook een 35 pin-structuur worden gebruikt. Bovendien kan het oppervlak 3 nog voorzien zijn van een isolerende laag, waarop rondom het emitterend gebied 5 zonodig versnellingselectroden kunnen zijn aangebracht zoals 8 (5 0 2 3 3 0 * r PHN 11.871 5 beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 7905470.

• 8602330

Claims (10)

1. Werkwijze voor het vervaardigen met name het contacteren van een halfgeleiderkathode met een oppervlaktezone van een eerste geleidingstype in een de oppervlaktezone althans gedeeltelijk omringend halfgeleidergebied met het kenmerk dat de oppervlaktezone wordt voorzien 5 van een contact dat tenminste een laag bevat van een eerste metaal uit de groep tantaal, titaan, vanadium en een laag van een tweede metaal uit de groep goud, zilver, koper en het contact door een warmtebehandeling wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de laag 10 van het tweede materiaal direct op het halfgeleideroppervlak wordt aangebracht en een dikte bezit die ten hoogste 0,25 maal de diepte van de oppervlaktezone van het eerste geleidingstype bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het eerste metaal tantaal en het tweede metaal zilver is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3 met het kenmerk dat de warmtebehandeling uit thermocompressie of laserlassen bestaat.

5. Werkwijze volgens één der conclusies! t/m 4 met het kenmerk dat het halfgeleidermateriaal silicium is.

6. Halfgeleiderkathode vervaardigd met behulp van een 20 werkwijze volgens één der vorige conclusies.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een electronenbuis met het kenmerk dat een halfgeleiderkathode vervaardigd volgens één der conclusies 1 t/m 5 in een electronenbuis wordt aangebracht en na het afdichten van de electronenbuis de halfgeleiderkathde wordt verhit tot 25 een temperatuur tussen 800°C en 950°C.

8. Werkwijze volgens conclusie 7 met het kenmerk dat het oppervlak van de halfgeleiderkathode wordt bedekt met een electronen-uittreepotentiaal-verlagend materiaal.

9. Werkwijze volgens conclusie 8 met het kenmerk dat als 30 electronenuittreepotentiaal-verlagend materiaal een monoatomaire laag cesium wordt aangebracht.

10. Electronenbuis vervaardigd met behulp van werkwijzen volgens één der conclusies 7 t/m 9. 8602330