RED DE FUENTES ELECTRÓNICAS POR EMISIÓN DE CAMPO Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE LA MISMA.

Red de fuentes electrónicas por emisión de campo y procedimientos de fabricación de la misma Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a una red de fuentes electrónicas de emisión campo que emiten haces de electrones a través de una emisión de campo eléctrico intenso utilizando un material semiconductor, y a su fabricación y uso, y es una mejora de la solicitud de Patente U.S. núm. 09/140.647 (Red de fuente electrónica por emisión de campo, y su fabricación y uso). Descripción de la técnica relacionada Los presentes inventores propusieron una fuente electrónica planar por emisión de campo fabricada mediante la formación de una capa de silicio policristalino poroso que es procesada mediante oxidación térmica sobre un substrato eléctricamente conductor, y la formación de electrodos de superficie realizados con películas metálicas delgadas sobre la capa de silicio policristalino poroso térmicamente oxidizada (Solicitud de Patente japonesa núm. 65592/1998). La fuente electrónica por emisión de campo emite electrones a través de la superficie del electrodo de superficie al aplicar una tensión de corriente continua a través del electrodo de superficie y del substrato conductor, sirviendo el electrodo de superficie como electrodo positivo, y aplicando una tensión de corriente continua a través del electrodo de superficie y de un electrodo de colector que está dispuesto enfrentado al electrodo de superficie, sirviendo el electrodo de superficie como electrodo negativo. Un aparato de visualización que utiliza una fuente electrónica por emisión de campo de este tipo comprende un substrato de vidrio 33 dispuesto enfrentado a los electrodos de superficie 7 de la fuente electrónica 10 por emisión de campo según se muestra en la Figura 22, mientras que electrodos de colector 31 están conformados a modo de bandas sobre una superficie del substrato de vidrio 33 que se enfrenta a la fuente electrónica 10 por emisión de campo, y una capa de fósforo 32 formada para cubrir el electrodo de colector 31 para emitir luz visible cuando se irradia con haces de electrones emitidos por los electrodos de superficie 7. La fuente electrónica 10 por emisión de campo posee una capa 6 de silicio policristalino poroso oxidizado térmicamente formada sobre un substrato 1 de silicio de tipo n que es un substrato eléctricamente conductor, y electrodos de superficie 7 conformados en bandas sobre la capa 6 de silicio policristalino poroso. El substrato 1 de silicio de tipo n posee un electrodo óhmico 2 formado en la superficie posterior del mismo. En el aparato de visualización descrito anteriormente, es necesario aplicar una tensión selectivamente a regiones desde las que se desea emitir electrones, con el fin de emitir electrones desde regiones predeterminadas de la fuente electrónica 10 planar por emisión de campo. De ese modo, en el aparato de visualización de este tipo, los electrodos de superficie 7 están formados con la configuración de bandas y los electrodos de colector 31 están formados con la configuración de bandas que atraviesan los electrodos de superficie 7 formando ángulos rectos, de modo que los electrones son emitidos solamente desde aquellos electrodos de superficie 7 a los que se aplica tensión, seleccionando algunos de los electrodos de colector 31 y algunos de los electrodos de superficie 7 y aplicando la tensión (campo eléctrico intenso) entre ellos. De los electrones emitidos, solamente son acelerados aquellos electrones emitidos desde la región de los electrodos de superficie 7 que se enfrenta al electrodo de colector 31 al que se aplica la tensión, para provocar con ello que el fósforo que cubre el electrodo de colector 31 emita luz. Para resumir, en el aparato de visualización con la configuración que se muestra en la Figura 22, la luz es emitida desde la capa de fósforo 32 solamente en la porción de la misma correspondiente a donde intersectan entre sí los electrodos 7, 31 a los que se aplica la tensión, por aplicación de la tensión al electrodo de superficie 7 particular y al electrodo de colector 31 particular. Conmutando el electrodo 7 superficial y el electrodo de colector 31 a los que se aplica la tensión, se pueden presentar imágenes o caracteres. En el aparato de visualización descrito en lo que antecede, sin embargo, es necesario acelerar los electrones aplicando una alta tensión al electrodo de colector 31 con el fin de provocar que la capa de fósforo 32 emita luz con los electrones emitidos por la fuente electrónica 10 por emisión de campo, y normalmente se aplica una alta tensión de varios cientos a varios miles de voltios al electrodo de colector 31 en el caso de un aparato de visualización que utilice la fuente electrónica por emisión de campo. Sin embargo, es necesario conmutar una alta tensión de varios cientos a varios miles de voltios aplicada al electrodo de colector 31 en el caso del aparato de visualización que utiliza la fuente electrónica 10 por emisión de campo de la configuración mostrada en la Figura 22, dando lugar con ello al problema de que una tensión de choque que se genera cuando se conmuta una alta tensión, requiere que se utilice un elemento de conmutación que tenga una alta tensión no disruptiva, lo que conduce a un coste más elevado. Además, suponiendo que circule una corriente de colector de 1 mA por el electrodo de colector 31 y una tensión de colector aplicada de 1 kV, por ejemplo, se requiere un elemento de conmutación que tenga una capacidad de 1 W para cada uno de los electrodos de colector 31, meros elementos de conmutación que proporcionados para el número de electrodos de colector 31 resultan ser muy voluminosos. 2   Los documentos EP-A1-0798761 y JP-09259795 divulgan un dispositivo de visualización de emisión en frío que comprende una red de fuentes electrónicas por emisión de campo que comprenden un substrato eléctricamente conductor 12 que tiene una capa 11 eléctricamente conductora y una capa 14 de deriva de campo eléctrico intenso formada en lados opuestos del substrato conductor 12, y electrodos de superficie 15 de película delgada eléctricamente conductora formados en la capa 14 de deriva de campo eléctrico intenso, en el que los electrodos son inyectados desde dichos substrato eléctricamente conductor 12 en la citada capa 14 de deriva de campo eléctrico intenso y son derivados y descargados a través de la citada película conductora delgada 15 cuando se aplica, durante la operación de la red, una tensión a través de dicha película conductora delgada 15 y de dicha capa conductora 11. La capa conductora 11 y los electrodos de superficie 15 están formados por una pluralidad de bandas que se superponen unas con otras y que se extienden en paralelo unas con otras. El documento JP-08111166 divulga un dispositivo emisor de pulso de electrones en el que se aplican pulsos de tensión a los electrodos 2, 3 sobre una película 3 ferroeléctrica. El documento JP-09092130 divulga un generador de carga eléctrica, en el que se proporciona una línea 3 excitadora que comprende una capa de pozo p sobre un substrato semiconductor 1 de tipo n, y una capa 4 n+ se difunde y se forma sobre la superficie de la línea excitadora 3 de capa de pozo p. Una película 5 de silicio policristalino se forma sobre la parte superior de la estructura emisora de electrones. Bajo las anteriores circunstancias, se ha realizado la presente invención, y un primer objeto de la misma consiste en proporcionar una red de fuentes electrónicas por emisión de campo que sea capa de emitir electrones selectivamente desde una región deseada de electrodos de superficie sin conmutar los electrodos de colector a los que se aplica una alta tensión, y un procedimiento de fabricación de la misma. Sumario de la invención Con el fin de conseguir el primer objeto descrito anteriormente, la presente invención proporciona una red de fuentes electrónicas por emisión de campo definida en la presente reivindicación 1. Por lo tanto, en primer lugar se ha hecho posible emitir electrones solamente desde una región deseada de los electrodos de superficie. También, en segundo lugar, se ha hecho posible eliminar un circuito que conmute una alta tensión de varios cientos a varios miles de voltios aplicada al electrodo de colector en caso de un aparato de visualización que tenga una configuración tal que los electrodos de colector estén dispuestos de manera enfrentada al electrodo de superficie. De ese modo, la presente invención tiene la ventaja de reducir el tamaño y el coste de la red de fuente electrónica por emisión de campo que es capaz de emitir electrones selectivamente desde una región deseada del electrodo de superficie. El término substrato conductor se refiere en la presente memoria a un substrato que tiene una capa conductora para que sirva como electrodo negativo... [Seguir leyendo]

1.- Una red de fuentes (10) electrónicas por emisión de campo que comprende un substrato eléctricamente conductor (1) que tiene una capa eléctricamente conductora (8) situada sobre una de las superficies principales de dicho substrato conductor; una capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) formada sobre la citada capa conductora (8) de dicho substrato eléctricamente conductor (1), y electrodos de superficie (7) de una película delgada eléctricamente conductora formada sobre la capa de deriva de campo eléctrico intenso (6), en la que se inyectan electrones desde dicho substrato eléctricamente conductor (1) en la citada capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) y son derivados y descargados a través de la citada película conductora delgada cuando se aplica, durante la actuación de la red, una tensión a través de dicha película conductora delgada y de dicha capa conductora (8) del citado substrato eléctricamente conductor (1), sirviendo la citada película conductora delgada como electrodo positivo, en la que dicha capa conductora (8) está formada por una pluralidad de bandas que se extienden en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados sobre dicho substrato conductor (1), y la citada película conductora delgada (7) está formada por una pluralidad de bandas que se extienden en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados de una manera que se enfrentan a, y que cruzan sobre, las bandas de dicha capa conductora (8) a través de la citada capa de deriva de campo eléctrico intenso (6), y en la que dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) es una capa semiconductora policristalina porosa (3) que ha sido sometida a oxidación o nitración, con regiones de dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) que están retenidas entre la citada capa conductora (8) y la citada película conductora delgada en puntos de intersección de las bandas de dicha capa conductora (8) y de dicha película conductora delgada, formando con ello una pluralidad de fuentes de electrones dispuestas a intervalos predeterminados sobre el citado substrato conductor (1). 2.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho substrato conductor (1) comprende un substrato semiconductor o un substrato de aislamiento proporcionado sobre la superficie de dicho substrato de aislamiento con una capa semiconductora y siendo las bandas de dicha capa conductora (8) capas de difusión de impurezas que se extienden paralelo unas con otras a intervalos predeterminados sobre el citado substrato conductor (1). 3.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho substrato conductor (1) es un substrato de aislamiento dotado de bandas de película metálica que se extienden en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados sobre dicho substrato. 4.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 2, en la que, entre las bandas de dicha capa conductora (8), se han formado capas dopadas con una alta cantidad de un tipo de impureza diferente de dicha capa conductora (8). 5.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 4, en la que dicho substrato conductor (1) es un substrato semiconductor de tipo p, dicha capa de difusión de impurezas es una capa dopada con impurezas de tipo n, y dicha capa altamente dopada de impurezas es una capa dopada con impurezas de tipo p. 6.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 2, en la que se han formado capas de aislamiento (15) entre las bandas de dicha capa conductora (18) para interrumpir la corriente de fugas que circula desde dicho substrato conductor (1) a través de la citada capa policristalina hasta dicha película conductora delgada o que circula desde la citada capa conductora (8) hasta dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) contigua. 7.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 2, en la que a ambos lados en la dirección transversal de las bandas de dicha capa conductora (8) se ha formado un par de capas de difusión de impurezas de alta densidad de la misma conductividad que dicha capa conductora (8) que se extiende a lo largo de las bandas. 8.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dicha capa altamente dopada con impurezas comprende dobles capas en las que la capa interior tiene una densidad de impurezas más alta que la capa exterior. 9.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) es una parte de la citada capa semiconductora policristalina (3) formada sobre el citado substrato conductor (1) que ha sido sometida a oxidación o nitración después de la polarización, estando dicha capa de deriva de campo intenso (6) rodeada por capas semiconductoras policristalinas dopadas con una impureza de tipo diferente a la de dicha capa conductora o sin impureza, y dicha capa policristalina está cubierta por una capa aislante en la parte superior de la citada capa policristalina. 27   10.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) es una parte de la citada capa semiconductora policristalina (3) formada sobre el citado substrato conductor (1), que ha sido sometida a oxidación o nitración después de la polarización, estando dicha capa de deriva de campo intenso (6) rodeada por capas de aislamiento formadas o rellenadas en ranuras (3a) realizadas por retirada de toda o de una parte de la citada capa semiconductora policristalina (3) en áreas posicionadas entre las bandas de dicha capa conductora (8) y/o no cubiertas por la citada película conductora delgada. 11.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 2, en la que dicho substrato conductor (1) comprende un substrato semiconductor, estando un electrodo (2) formado en una superficie principal de dicho substrato conductor (1) opuesta a donde se ha formado la citada capa de difusión de impurezas. 12.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho substrato conductor (1) comprende un substrato de silicio, comprendiendo dicha capa semiconductora policristalina (3) un poli-silicio. 13.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha capa de deriva de campo intenso (6) comprende una pluralidad de bandas formadas a lo largo de las bandas de dicha capa conductora (8). 14.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha capa de deriva de campo intenso (6) se extiende a intervalos predeterminados a lo largo de las bandas de dicha capa conductora (8). 15.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, en la que dicha capa de deriva de campo intenso (6) es de un semiconductor policristalino poroso, realizada al someter una parte del semiconductor policristalino a oxidación o nitración. 16.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha película conductora delgada está montada a ras sobre la citada capa de campo eléctrico intenso (6) que está formada al mismo nivel con las otras áreas que la citada capa de campo eléctrico intenso (6) en dicho substrato conductor (1). 17.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho electrodo de superficie (7) que comprende las bandas de dicha película conductora delgada atraviesa por encima de la citada capa de deriva de campo eléctrico intenso (6), y la anchura de dicho electrodo de superficie (7) se hace más estrecha en un cualquiera distinta del área sobre dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6). 18.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho electrodo de superficie (7) que comprende las bandas de dicha película conductora delgada atraviesa por encima de dicha capa de deriva de campo eléctrico intenso (6) y está dotado de una capa, o de capas, (15) aislante(s) en el lado superior o inferior de un área cualquier distinta del área sobre la citada capa de deriva de campo eléctrico intenso (6). 19.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 6 ó 18, en la que dicha capa aislante (15) se hace más delgada hacia ambos de sus lados en dirección transversal. 20.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichos electrodos de superficie (7) que comprenden las bandas de dicha película conductora delgada que cruza sobre la citada capa de campo eléctrico intenso (6) se hacen más gruesos en un área cualquiera distinta a la del electrodo de superficie (7) que cruza el área sobre dichas capas de deriva de campo intenso (6). 21.- Una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha película conductora delgada comprende un electrodo alámbrico para la unión térmica y eléctrica. 22.- Un dispositivo de visualización con una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un electrodo de visualización para recibir electrones radiados desde dicha red de fuentes por emisión de campo (10) y un material fluorescente montado sobre una superficie superior e inferior de dicho electrodo de visualización para emitir luz y formar una imagen. 23.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo que comprende: (A) formar una pluralidad de bandas de capas eléctricamente conductoras (8) en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados como electrodos inferiores sobre una de las superficies principales de un substrato eléctricamente conductor (1); (B) formar una capa semiconductora policristalina (3) que cubra la superficie principal de dicho substrato conductor (1) sobre el que se han formado dichas capas conductoras (8); 28   (C) aplicar una oxidación anódica selectivamente a una parte de dicha capa semiconductora policristalina (3) para hacerla porosa utilizando las citadas capas conductoras (8) como electrodos anodizantes; (D) someter dicha capa semiconductora policristalina porosa (3) a un tratamiento de oxidación o nitración; (E) formar una pluralidad de bandas de películas delgadas eléctricamente conductoras en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados de manera que se enfrentan a, y atraviesan, las citadas capas conductoras sobre dicha capa semiconductora policristalina oxidizada o nitrada de la que una parte se ha transformado en porosa, de tal modo que, cuando se aplica, durante la actuación de la red, una tensión a través de dicha película conductora delgada y de dichas capas conductoras (8) de dicho substrato eléctricamente conductor (1) con la citada película conductora delgada haciendo de electrodo positivo, se inyectan electrones desde dicho substrato eléctricamente conductor en la citada capa semiconductora policristalina porosa oxidizada o nitrada, y son derivados y descargados a través de la citada película conductora delgada. 24.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la etapa (B) de formación de una capa semiconductora policristalina (3) que cubra la superficie principal de dicho substrato conductor (1) sobre la que se han formado las citadas capas conductoras (8), comprende una etapa de formación de una capa de máscara (9, 16-1, 16-3) o una capa aislante (15) sobre el citado substrato conductor (1) o la citada capa semiconductora (3), dotada de aberturas para anodizar el citado substrato conductor (1) y/o la capa semiconductora policristalina (3) a su través. 25.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la etapa (A) de formación de una pluralidad de bandas de capas conductoras (8) comprende una etapa (a-1) de realización de una máscara (9, 16-1, 16-3) sobre la superficie principal de dicho substrato provista de una capa semiconductora de tipo p o de un substrato semiconductor de tipo p, excepto áreas predeterminadas para dopaje, y una etapa (a-2) de formación de una capa de difusión de impurezas de tipo n mediante dopaje de impurezas de tipo n en las citadas áreas predeterminadas. 26.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la etapa (A) de formación de la pluralidad de bandas de capas conductoras (8) comprende además una etapa (a-3) de formación de una capa aislante (15) sobre dicho substrato conductor de tipo p en la que se forma dicha capa de difusión de impurezas de tipo n, y la realización de aberturas de dicha capa aislante (15) en la región predeterminada de dicha capa de difusión de impurezas de tipo n. 27.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la etapa (C) de aplicación de una oxidación anódica selectivamente a una parte de dicha capa semiconductora policristalina (3) se lleva a cabo utilizando un electrodo (2) formado en un lado trasero de dicho substrato conductor (1) como uno de los electrodos de anodización. 28.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además: (F) formar entre capas policristalinas porosas contiguas (3) capas policristalinas cuyo tipo de conductividad sea opuesto al de dichas capas conductoras (8), mediante dopaje con una impureza que tenga un tipo opuesto al que se dopó en la citada capa conductora (8); (G) formar una capa aislante (15) sobre dichas capas policristalinas cuyo tipo de conductividad sea opuesto al de la citada capa conductora (8). 29.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además una etapa (h-1) de retirada de toda o de una parte de la citada capa semiconductora (3) entre las citadas capas conductoras contiguas (8) y/o donde no se formó ninguna de las películas conductoras delgadas por medio de grabado químico después de la citada etapa de anodización. 30.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende una etapa (h-2) de retirada de toda o de una parte de la citada capa semiconductora (3) entre las citadas capas conductoras contiguas (8) y donde no se formó ninguna de dichas películas conductoras delgadas por medio de grabado químico, con anterioridad a la citada etapa de anodización. 31.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 29 ó 30, que comprende además formar capas de aislamiento (15, 16) en las partes eliminadas de dicha capa semiconductora (3). 32.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además formar una pluralidad de bandas de capa de aislamiento (15) en paralelo unas con otras a intervalos predeterminados de manera que se enfrenten a, y atraviesen, las citadas capas conductoras (8) de dicha capa semiconductora policristalina (3) con anterioridad a la citada etapa de anodización, y 29   anodizar la citada capa semiconductora policristalina para que se transforme en porosa a lo largo de las bandas de dichas capas conductoras. 33.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dicho substrato conductor (1) o dicha capa semiconductora (3) sobre dicho substrato (1), es silicio. 34.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 31 ó 32, en el que dichas capas de aislamiento (15, 16) son de óxido de silicio. 35.- Un procedimiento de fabricación de una red de fuentes electrónicas por emisión de campo de acuerdo con la reivindicación 34, en el que dichas capas de aislamiento (15, 16) han sido formadas por medio del procedimiento LOCOS.   31   32   33   34     36   37   38   39     41   42   43   44     46   47   48   49     51   52   53   54     56   57   58   59     61