CH652235A5 - Halbleiteranordnung und verfahren zu deren herstellung sowie aufnahmeroehre und wiedergabevorrichtung mit einer derartigen halbleiteranordnung. - Google Patents

Description

Die Erfindung hat u.a. die Aufgabe, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, bei der der Wirkungsgrad derart stark in bezug auf den in der Anordnung nach der genannten britischen Patentschrift verbessert ist, dass auch Silicium als Material für eine derartige Kathode verwendet werden kann. Weiter hat die Erfindung die Aufgabe, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, bei der die Energieverteilung der Elektronen in dem erzeugten Elektronenstrahl nur eine geringe Streuung aufweist.

Ihr liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass das elektrische Feld in der unmittelbaren Umgebung des pn-Übergangs beeinflusst wird, wobei die Energieverteilung der Elektronen dadurch beeinflusst werden kann, dass der pn-Übergang auf geeignete Weise angebracht wird.

Eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, in der mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, wobei auf der Isolierschicht auf dem Rande der Öffnung mindestens eine Beschleunigungselektrode erzeugt ist, und wobei der pn-Übergang wenigstens innerhalb der Öffnung im wesentlichen parallel zu der Halbleiteroberfläche verläuft und innerhalb der Öffnung örtlich eine niedrigere Durchschlagspannung als der übrige Teil des pn-Übergangs aufweist, wobei der Teil mit niedrigerer Durchschlagspannung von der Oberfläche durch eine n-leitende Schicht mit einer derartigen Dicke und einer derartigen Dotierung getrennt ist, dass sich bei der Durchschlagspannung die Verarmungszone des pn-Übergangs nicht bis zu der Oberfläche erstreckt, sondern von dieser Oberfläche durch eine Oberflächenschicht getrennt ist, die genügend dünn ist, um die erzeugten Elektronen durchzulassen.

Es stellt sich heraus, dass bei einer derartigen Halbleiteranordnung der Wirkungsgrad derart stark verbessert ist, dass nun auch bei Anwendung anderer Materialien als Silicium-carbid, z.B. von Silicium, Wirkungsgrade erreicht werden können, die für praktische Zwecke anwendbar sind. Dies hat den Vorteil, dass einerseits die Kathodenstruktur durch die für die Herstellung integrierter Schaltungen in Silicium bekannte Technologie hergestellt werden kann und dass andererseits diese Kathodenstrukturen ohne technologische Schwierigkeiten in integrierte Schaltungen aufgenommen werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit

Hilfe von Spannungen an der Beschleunigungselektrode die Emission moduliert werden kann. Ausserdem kann, wenn die Beschleunigungselektrode aus zwei oder mehr Teilen besteht, die auf je ein verschiedenes Potential gebracht werden, die Richtung der Emission beeinflusst werden. Insbesondere kann ein durch eine ringförmige Öffnung erzeugtes Emissionsmuster in einem Punkt, z.B. in einem Punkt der photoleitenden Schicht einer Aufnahmeröhre, abgebildet werden, um die vorhandene Bildinformation auszulesen.

Insbesondere können die Elektronen auch gleichsam von einer virtuellen Quelle emittiert werden, wonach diese mit Hilfe einer an sich bekannten Elektronenoptik in einem Punkt auf einer Auftreffplatte abgebildet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine dynamische Fo-kussierung möglich ist. Mit Hilfe der üblichen Ablenkmittel kann der Punkt über die Oberfläche der photoleitenden Schicht verschoben werden; auf diese Weise kann die Bildinformation abgetastet werden.

Dadurch, dass der Elektronenstrahl nun direkt von der Kathode her ohne Bildung eines Strahlknotens auf der photoleitenden Schicht abgebildet wird, ist es möglich, eine kürzere Aufnahmeröhre herzustellen. Dadurch, dass der Strahlknoten weggelassen wird, wird ausserdem vermieden, dass die Elektronentemperatur im Strahl unnötig erhöht wird. In bezug auf eine thermische Kathode kann durch die Möglichkeit einer virtuellen Elektronenquelle die Röhre noch zusätzlich verkürzt werden, indem sich die virtuelle Quelle, die eine mit der des Strahlknotens vergleichbare Funktion erfüllt, bei Röhren mit einer thermischen Kathode nun nicht zwischen der Auftreffplatte und der Kathode befindet, sondern sich die Kathode zwischen der virtuellen Quelle und der Auftreffplatte befindet.

Die gefundene Wirkungsgradverbesserung kann wie folgt erklärt werden. An erster Stelle tritt infolge des starken elektrischen Feldes an der Oberfläche, das über die Beschleunigungselektrode erzeugt wird, eine Herabsetzung der Austrittsarbeit auf (Schottky-Effekt). Ausserdem wird die Bildung von Raumladung vermieden.

Schliesslich werden die Elektronenbahnen besser als in bekannten Anordnungen definiert, während überdies die Energieverteilung der Elektronen eine geringe Streuung aufweist. Dadurch, dass die Beschleunigungselektrode an ein genügend hohes Potential gelegt wird, werden die Elektronen in Richtung auf diese Elektrode beschleunigt (auch diejenigen Elektronen, die beim Heraustreten eine marginale kinetische Energie aufweisen) und wird die Geschwindigkeitskomponente mit einer von der gewünschten Richtung verschiedenen Richtung in bezug auf die in der bekannten Anordnung, bei der der pn-Übergang die Oberfläche schneidet, drastisch herabgesetzt.

Die Tatsache, dass der pn-Übergang parallel zu der Halbleiteroberfläche verläuft, übt ausserdem einen günstigen Ein-fluss auf die Energieverteilung der emittierten Elektronen aus.

Dadurch, dass in einer Anordnung nach der Erfindung die Verarmungszone nicht an die Oberfläche gelangt, fallt in der Energieverteilung der von einer derartigen Anordnung emittierten Elektronen die genannte «breite Spitze» weg.

Es sei bemerkt, dass im Aufsatz «Hot-Electron Emission from Shallow PN-Junctions in Silicon» von DJ. Barteling, J.L. Mall und N.I. Meyer, veröffentlicht in «Physical Review», Band 130, Nr. 3, vom 1. Mai 1963, S. 972-985 Messergebnisse der Energieverteilung von Elektronen gezeigt werden, die von einem gesperrten pn-Übergang parallel zu der Oberfläche durch Lawinenvervielfachung erzeugt werden und aus einem Siliciumkörper heraustreten. Die darin gezeigten Messergebnisse stellen eine Energieverteilung dar, die sich über ein viel breiteres Gebiet als bei den Messungen an Halbleiteranordnungen nach der Erfindung erstreckt (die gemesse-

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nen Energieverteilungen weisen Halbwertsbreiten von etwa fernt wird und unter Verwendung der leitenden Schicht als

1,4 eV bzw. etwa 0,5 eV auf, die Elektronentemperaturen von Maske Donatoratome in den Oberflächenteil bis zu einer

0,5 eV bzw. 0,2 eV entsprechen). Von einem möglichen Bei- Tiefe eingeführt werden, die kleiner als die der p-leitenden trag von Elektronen, die aus der Verarmungszone heraustre- Zone ist, und dass dann die als Beschleunigungselektrode die-

ten, ist im genannten Aufsatz nicht die Rede. 5 nende leitende Schicht, das n-leitende Gebiet und das p-lei-

In der verwendeten Anordnung ist jedoch von einer Be- tende Gebiet mit Anschlussleitern versehen werden. Ein der-

schleunigungselektrode keine Rede; auch weist der pn-Über- artiges Verfahren weist den Vorteil auf, dass bei bestimmten gang nicht örtlich eine niedrigere Durchschlagspannung auf. Schritten die Isolierschicht oder die leitende Schicht als

Die Durchschlagspannung kann auf verschiedene Weise Maske dient und dieses Verfahren dadurch teilweise selbstre-

örtlich herabgesetzt werden. So können an der (den) ge- j0 gistrierend ist.

wünschten Stelle (n) Gitterbeschädigungen, z.B. durch Be- Ein Verfahren, das völlig selbstregistrierend ist, ist da-schuss mit beschleunigten Teilchen, z.B. Protonen, herbeige- durch gekennzeichnet, dass sich das n-leitende Gebiet anfangführt werden. Auch kann an der Stelle der Öffnung eine V- lieh auch an der Stelle der geätzten Öffnung erstreckt, und förmige Nut oder Grube in dem Halbleiterkörper gebildet dass nach dem Ätzen der Isoherschicht unter Verwendung der werden, wodurch Konzentration der Feldlinien und demzu- 15 leitenden Schicht als Ätzmaske das n-leitende Gebiet an der folge eine niedrigere Durchschlagspannung auftritt. Stelle des genannten Oberflächenteiles über seine ganze Dicke

Vorzugsweise wird die Herabsetzung der Durchschlag- weggeätzt wird, wonach die p-leitende Zone unter Verwen-

spannung aber durch einen zusätzlichen Dotierungsschritt er- dung der Isoherschicht als Maske implantiert wird.

halten. Eine bevorzugte Ausführungsform der Halbleiteran- Vorzugsweise werden die Donatorionen in den genannten

Ordnung nach der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeich- 20 Oberflächenteil über eine Oxidschicht mit einer derartigen net, dass die Durchschlagspannung örtlich durch eine örtlich Energie implantiert, dass die maximale Donatorkonzentra-

höher dotierte Zone des p-leitenden Gebietes herabgesetzt tion nahezu mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers zusam-

wird, die wenigstens im Betriebszustand bis in die Verar- menfällt. Dadurch wird ein möglichst niedriger Reihenwider-

mungszone reicht. stand im n-leitenden Gebiet erhalten.

An der Stelle des höher dotierten p-leitenden Gebietes tritt 25 Eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung kann, wie nun eine Verschmälerung der Verarmungszone und dadurch beschrieben wurde, mit Vorteil in einer Aufnahmeröhre vereine Herabsetzung der Durchschlagspannung auf. wendet werden, während auch für eine Wiedergabevorrich-Eine andere bevorzugte Ausführungsform nach der Erfin- tung mit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung ver-dung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des höher schiedene Anwendungsmöglichkeiten bestehen. Eine dersel-dotierten p-leitenden Gebietes höchstens 5 (im beträgt. Durch 30 ben ist z.B. eine Wiedergaberöhre, die einen Leuchtschirm diese Massname wird vermieden, dass Stromkonzentrationen enthält, der von dem von der Halbleiteranordnung stammen-(«current-crowding») auftritt. den Elektronenstrom aktiviert wird.

Die Kathode ist u.a. für die obengenannte Anwendung in Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der

Aufnahmeröhren vorzugsweise derart ausgeführt, dass die ' Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beÖffnung die Form eines im wesentlichen ringförmigen Spaltes 35 schrieben. Es zeigen:

aufweist, wobei die Beschleunigungselektrode aus zwei oder Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Halbleiteran-

mehr Teilelektroden aufgebaut ist, wobei eine Teilelektrode Ordnung nach der Erfindung,

innerhalb des ringförmigen Spaltes und eine Teilelektrode Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch die Halbleiter-

ausserhalb des ringförmigen Spaltes hegt. anordnung längs der Linie II-II in Fig. 1,

Der ringförmige Spalt braucht nicht immer kreisförmig zu 40 Fig. 3 eine Darstellung der Energieverteilung der von eisein, sondern kann z.B. auch ellipsenförmig und unter Um- ner Halbleiteranordnung nach der Erfindung erzeugten Elek-ständen sogar quadratisch oder rechteckig sein. tronen,

Auch braucht die Öffnung nicht immer als ein Spalt aus- Fig. 4 schematisch eine übliche Kathodenstrahlröhre,

gebildet zu werden. Namentlich in Wiedergabeanwendungen Fig. 5 schematisch eine Kathodenstrahlröhre, in der eine sind runde und auch quadratische oder rechteckige Öffnun- « Halbleiteranordnung nach der Erfindung verwendet wird,

gen besonders geeignet. Fig. 6 schematisch im Querschnitt eine übliche Halbleiter-

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren anordnung, die für vergleichende Messungen mit einer Be-

zur Herstellung einer Halbleiteranordnung der obengenann- schleunigungselektrode versehen ist,

ten Art. Ein derartiges Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, Fig. 7 eine qualitative Darstellung der Energieverteilung dass von einem Halbleiterkörper mit einem an eine Oberflä- 50 der von einer Halbleiteranordnung nach Fig. 6 erzeugten che grenzenden n-leitenden Gebiet ausgegangen wird, das mit Elektronen,

einem daran grenzenden p-leitenden Gebiet einen pn-Über- Figuren 8 bis 10 schematisch im Querschnitt die Halblei-

gang bildet; dass die Oberfläche mit einer Isolierschicht über- teranordnung nach Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Stufen ei-

zogen wird; dass die Isolierschicht mit einer elektrisch leiten- nes Verfahrens nach der Erfindung,

den Schicht überzogen wird, die anschliessend mit einer Mas- 55 Fig. 11 schematisch einen Querschnitt durch eine andere kierungsschicht überzogen wird; dass in der Maskierungs- Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Schicht eine Öffnung vorgesehen wird, wonach via diese Öff- Figuren 12 bis 14 schematisch im Querschnitt die Halblei-

nung nacheinander die leitende Schicht und die Isoherschicht teranordnung nach Fig. 11 in aufeinanderfolgenden Stufen ei-

durch Ätzen entfernt werden, wobei wenigstens die in die lei- nes Verfahrens nach der Erfindung,

tende Schicht geätzte Öffnung grösser als ein darunterliegen- «o Fig. 15 schematisch einen Querschnitt durch eine andere der Oberflächenteil ist, innerhalb dessen das p-leitende Gebiet Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

an die Oberfläche grenzt; dass dann unter Verwendung der Fig. 16 schematisch einen Querschnitt durch noch eine an-

Maskierungsschicht oder der Maskierungsschicht samt der dere Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Isolierschicht als Maske Akzeptoratome in den genannten Fig. 17 schematisch im Querschnitt die Halbleiteranord-

Oberflächenteil eingeführt werden, um eine innerhalb des ge- 65 nung nach Fig. 15 während einer Stufe ihrer Herstellung,

nannten Oberflächenteiles liegende p-leitende Zone mit einer Fig. 18 schematisch einen Querschnitt durch eine weitere die des p-leitenden Gebietes überschreitenden Dotierungs- Halbleiteranordnung nach der Erfindimg,

konzentration zu bilden, wonach die Maskierungsschicht ent- Fig. 19 schematisch eine Draufsicht auf eine Halbleiteran-

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Ordnung nach der Erfindung zur Anwendung in einer Wieder- Die Einschnürung der Verarmungszone 10 und damit die gabevorrichtung, örtliche Herabsetzung der Durchschlagspannung des pn-

Fig. 20 schematisch einen Querschnitt durch die Halblei- Übergangs 5 wird im vorliegenden Beispiel dadurch erhalten,

teranordnung nach Fig. 19 längs der Linie XX-XX, dass innerhalb der Öffnung 8 ein höher dotiertes p-leitendes

Fig. 21 schematisch einen Querschnitt durch die Halblei- 5 Gebiet 12 erzeugt wird, das mit dem n-leitenden Gebiet 3 ei-

teranordnung nach Fig. 19 längs der Linie XXI-XXI, nen pn-Übergang bildet.

Fig. 22 schematisch und perspektivisch einen Teil einer Die Halbleiteranordnung ist weiter noch mit einer An-

Wiedergabevorrichtung, in der eine Halbleiteranordnung schlusselektrode 13 versehen, die über ein Kontaktloch mit nach der Erfindung verwendet wird, der n-leitenden Kontaktzone 14 verbunden ist, die mit der n-

Fig. 23 schematisch eine derartige Wiedergabevorrichtung i0 leitenden Zone 3 verbunden ist. Die p-leitende Zone ist im für Wiedergabezwecke, und vorhegenden Beispiel auf der Unterseite mittels der Metalli-Fig. 24 schematisch eine derartige Wiedergabevorrichtung sierungsschicht 15 kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt zur Anwendung in Elektronenlithographie. vorzugsweise über eine hochdotierte p-leitende Kontaktzone

Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich ge- 16.

zeichnet, wobei der Deutlichkeit halber in den Querschnitten 15 Im Beispiel nach Figuren 1 und 2 ist die Donatorkonzen-insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung über- tration im n-leitenden Gebiet 3 an der Oberfläche z.B. 5.1018 trieben gross dargestellt sind. Halbleiterzonen vom gleichen Atome/cm3, während die Akzeptorkonzentration im p-leiten-Leitungstyp sind im allgemeinen in derselben Richtung den Gebiet 4 viel niedriger ist und z.B. 1015 Atome/cm3 beschraffiert; in den Figuren sind entsprechende Teile in der Re- trägt. Das höher dotierte p-leitende Gebiet 12 innerhalb der gel mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. 20 Öffnung 8 weist an der Stelle des pn-Übergangs eine Akzep-Fig. 1 zeigt in Draufsicht und Fig. 2 im Querschnitt längs torkonzentration von z.B. 3.1017 Atomen/cm3 auf. Dadurch der Linie II-II in Fig. 1 eine Halbleiteranordnung, die für die ist an der Stelle dieses Gebietes 12 die Verarmungszone 10 des Erzeugung eines Elektronenstrahls eingerichtet ist. Diese An- pn-Übergangs 5 eingeschnürt, was eine herabgesetzte Durchordnung enthält dazu eine Kathode mit einem Halbleiterkör- schlagspannung ergibt. Dadurch wird die Lawinenvervielfa-per 1, der im vorliegenden Beispiel aus Silicium besteht. Der 25 chung zuerst an dieser Stelle auftreten.

Halbleiterkörper enthält im vorhegenden Beispiel ein an eine Die Dicke des n-leitenden Gebietes 3 beträgt im vorliegen-Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers grenzendes n-leitendes den Beispiel 0,02 um. Bei der genannten Donatorkonzentra-Gebiet 3, das mit einem p-leitenden Gebiet 4 den pn-Über- tion können eine genügende Anzahl von Donatoren ionisiert gang 5 bildet. Durch das Anlegen einer Spannung in der werden, um die Feldstärke (etwa 6.105 V/cm), bei der Lawi-Sperrichtung über dem pn-Übergang werden durch Lawinen- 30 nenvervielfachung auftreten wird, zu erreichen, während den-vervielfachung Elektronen erzeugt, die aus dem Halbleiter- noch eine Oberflächenschicht 11 vorhanden bleibt, wodurch körper heraustreten. Dies ist durch den Pfeil 6 in Fig. 2 darge- einerseits die Leitung zu dem pn-Übergang 5 stattfinden stellt. kann, während diese Schicht andererseits genügend dünn ist, In der Praxis ist der Wirkungsgrad einer Anordnung die- um einen Teil der erzeugten Elektronen durchzulassen. Bei eiser Art, namentlich bei Anwendung von Silicium als Halblei- 35 ner Dicke von 0,2 um wird die n-leitende Schicht im allgemei-termaterial, derart niedrig, dass von einer brauchbaren Ka- nen einen derartigen hemmenden Einfluss auf die erzeugten thode nicht die Rede ist. Diesem Nachteil kann durch die An- Elektronen ausüben, dass der Wirkungsgrad der Kathode wendung von Siliciumcarbid entgegengekommen werden, derart stark verringert wird, dass diese Kathode nicht mehr aber dies ist in technologischer Hinsicht ungünstig, weil die brauchbar ist.

bei der Herstellung integrierter Schaltungen angewandte 40 Beim Anlegen einer Spannung in der Sperrichtung über

Technologie dazu nicht geeignet ist. dem pn-Übergang 5 in der in Figuren 1 und 2 angegebenen

Nach der Erfindung ist die Oberfläche 2 mit einer elek- Richtung wird zu beiden Seiten dieses Übergangs eine Verar-

trisch isolierenden Schicht 7 aus z.B. Siliciumoxid versehen, mungszone gebildet, d.h. ein Gebiet, in dem sich praktisch in der mindestens eine Öffnung 8 vorgesehen ist. Innerhalb keine beweglichen Ladungsträger befinden. Ausserhalb dieser der Öffnung 8 verläuft der pn-Übergang 5 nahezu parallel zu 45 Verarmungszone ist Leitung gut möglich, so dass nahezu die der Oberfläche 2. Weiter ist auf der Isolierschicht 7 auf dem ganze Spannung über dieser Verarmungszone steht. Das da-

Rande der Öffnung 8 eine Beschleunigungselektrode 9 er- mit einhergehende elektrische Feld kann nun derart hoch wer-

zeugt, die im vorliegenden Beispiel aus polykristallinem Sili- den, dass Lawinenvervielfachung auftritt. Dabei werden cium besteht. Elektronen ausgelöst, die vom vorhandenen Feld derart be-

Nach der Erfindung weist der pn-Übergang 5 innerhalb so schleunigt werden, dass sie beim Zusammenstoss mit Silici-

der Öffnung 8 örtlich eine niedrigere Durchschlagspannung umatomen Elektron-Loch-Paare bilden. Die dadurch erhalte-

als der übrige Teil des pn-Übergangs auf. Im vorhegenden nen Elektronen werden ihrerseits wieder vom elektrischen Beispiel wird die örtliche Herabsetzung der Durchschlagspan- Feld beschleunigt und können aufs neue Elektron-Loch-

nung dadurch erhalten, dass innerhalb der Öffnung 8 die Ver- Paare bilden. Die Energie der Elektronen kann derart hoch armungszone 10 bei der Durchschlagspannung schmäler als ss sein, dass die Elektronen genügend Energie aufweisen, um an anderen Punkten des pn-Übergangs 5 ist. Der Teil des pn- aus dem Material herauszutreten. Dadurch wird ein Elektro-

Übergangs 5 mit herabgesetzter Durchschlagspannung ist nenstrom erhalten, der in Fig. 2 schematisch mit dem Pfeil 6

von der Oberfläche 2 durch die n-leitende Schicht 3 getrennt. angegeben ist.

Diese Schicht weist eine derartige Dicke und eine derartige Dadurch, dass nach der Erfindung eine Beschleunigungs-

Dotierung auf, dass sich bei der Durchschlagspannung die «o elektrode 9 angebracht wird, die auf einer Isoherschicht 7 am

Verarmungszone 10 des pn-Übergangs 5 nicht bis zu der Rande einer Öffnung 8 hegt, können die ausgelösten Elektro-

Oberfläche 2 erstreckt. Dadurch bleibt eine Oberflächen- nen, indem die Beschleunigungselektrode 9 an ein positives

Schicht 11 vorhanden, die die Leitung des nicht emittierten Potential angelegt wird, in einer Richtung nahezu senkrecht

Teiles des Lawinenstroms besorgt. Die Oberflächenschicht 11 zu der Oberfläche 2 beschleunigt werden. Es handelt sich hier ist genügend dünn, um einen Teil der durch Lawinenverviel- 65 in der Regel um eine zusätzliche Beschleunigung in dieser fachung erzeugten Elektronen durchzulassen, wobei diese Richtung, weil eine derartige Halbleiterstruktur (Kathode) in

Elektronen aus dem Halbleiterkörper 1 heraustreten und den der Praxis einen Teil einer Anordnung bildet, in der gegebe-

Strahl 6 bilden. nenfalls in einiger Entfernung bereits eine positive Anode

oder andere Elektrode, wie z.B. ein Steuergitter, vorhanden ist.

Elektronenemission findet im vorliegenden Beispiel gemäss einem praktisch ringförmigen Spalt statt. Obgleich dies durch den schematischen Charakter der Zeichnung nicht deutlich ersichtlich ist, wird die Unterbrechung des Spaltes für den Anschluss 9b in bezug auf den Gesamtumfang sehr klein sein, so dass dies für praktische Anwendungen nicht bedenklich ist. Die Beschleunigungselektrode besteht hier aus zwei Teilen 9a und 9b. Dadurch, dass diese Teile an je ein verschiedenes Potential angelegt werden, kann bewirkt werden, dass der heraustretende Strahl divergiert oder konvergiert und z.B. auf dem empfindlichen Teil einer Auftreffplatte in einer Aufnahmeröhre abgebildet wird.

Die Öffnung 8 weist im vorliegenden Beispiel die Form eines schmalen Spaltes auf, dessen Breite in derselben Grössen-ordnung wie die Dicke der Isolierschicht 7 liegt. So ist die Breite des Spaltes z.B. 4 (im und die Dicke der Oxidschicht 1 (im. Dadurch, dass diese Abmessungen so gewählt werden und die Beschleunigungselektrode 9 in der unmittelbaren Nähe und vorzugsweise rings um diese Öffnung angeordnet wird, wird über dem Spalt eine Äquipotentialfläche erhalten, was der Beschleunigung der Elektronen zugute kommt.

Die elektrisch isolierende Schicht 7 besteht im vorliegenden Beispiel aus Siliciumoxid, während die Beschleunigungselektrode 9, gleich wie die Elektrode 13, aus polykristallinem Silicium besteht. Für die Isolierschicht kann aber jedes geeignete andere Material, wie z.B. eine Siliciumnitrid-Silicium-oxid-Doppelschicht, gewählt werden, während für die Elektroden jedes andere in der Halbleitertechnologie übliche Material, wie z.B. Aluminium, verwendet werden kann.

Die Breite des p-leitenden Gebietes 12 beträgt im vorliegenden Beispiel 3 (im. Diese Breite ist vorzugsweise kleiner als

5 (im, weil sonst am Rande dieses Gebietes entlang Stromkonzentration («Current crowding») auftritt.

Infolge einer Spannung an der Beschleunigungselektrode tritt Herabsetzung der Elektronenaustrittsarbeit auf (Schott-ky-Effekt), wodurch die obengenannte Emission vergrössert wird. Die Emission von Elektronen kann ausserdem noch dadurch vergrössert werden, dass die Halbleiteroberfläche 2 innerhalb der Öffnung 8 mit einem die Austrittsarbeit herabsetzenden Material, z.B. mit einer Schicht 31 aus einem Barium oder Cäsium enthaltenden Material, überzogen wird.

Fig. 3 zeigt die Energieverteilung, wie sie an einer Kathode nach Fig. 1 gemessen ist.

Dabei ist die Anzahl den Halbleiterkörper mit einer bestimmten Energie verlassender Elektronen über dieser Energie aufgetragen. Als Abszisse ist die Energie E in eV aufgetragen, während als Ordinate die Anzahl emittierter Elektronen N(E) in beliebigen Einheiten aufgetragen ist. Der Absolutwert von N(E) ist u.a. von dem Lawinenstrom und der Spannung an der Beschleunigungselektrode abhängig.

Dadurch, dass nach der Erfindung der pn-Übergang nahezu parallel zu der Oberfläche verläuft und die Verarmungszone 10 nicht bis zu der Oberfläche 2 vordringt, werden nur Elektronen ausgelöst, die die ganze Verarmungszone durchlaufen haben. Die zugehörige Energieverteilung weist eine schmale Spitze 18 auf. Eine derartige Energieverteilungist namentlich für die Anwendung der Kathode in Aufnahmeröhren sehr günstig.

In Fig. 4 ist schematisch eine Aufnahmeröhre 51, z.B. eine Fernsehaufnahmeröhre, vom üblichen Typ mit z.B. einer thermischen Kathode 54 dargestellt. Die Aufnahmeröhre enthält in einem luftdicht verschlossenen Vakuumkolben 33 eine photoleitende Auftreffplatte 34 aus z.B. Antimontrisulfid, wobei die Schicht dieser Auftreffplatte vom Elektronenstrahl

6 abgetastet wird, und ein Schirmgitter 39.

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Die Aufnahmeröhre enthält auf übliche Weise Elektroden 35,36 zur Beschleunigung von Elektronen und zum Fokussieren des Elektronenstrahls. Weiter sind übliche Mittel vorhanden, mit deren Hilfe der Elektronenstrahl abgelenkt wird, so dass die Auftreffplatte 34 abgetastet werden kann. Diese Mittel bestehen z.B. aus einem Spulensystem 37. Ein aufzunehmendes Bild wird mit Hilfe der Linse 38 auf die Auftreffplatte 34 projiziert, wobei die Endwand 52 für die Strahlung durchlässig ist.

Die andere Endwand 53 ist für elektrische Anschlüsse mit Durchführungen 40 versehen.

Die aus der Kathode 54 ausgelösten Elektronen werden zunächst im Punkt 41 mit Hilfe der Elektroden 35,36 fokus-siert, wonach dieser Punkt mit Hilfe des Spulensystems 37 auf der photoleitenden Schicht 34 abgebildet wird. Bei der Fokus-sierung der Elektronen im Punkt 41 («Cross-over») tritt gegenseitige Wechselwirkung auf, was zur Folge hat, dass der Elektronenstrahl ein breiteres Energiespektrum erhält, wodurch die genannten Nachwirkungseffekte auftreten.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Aufnahmeröhre 51 mit einer Halbleiterkathode 1 nach der Erfindung. Die Aufnahmeröhre enthält weiter in einem luftdicht verschlossenen Vakuumkol-ben 33 eine photoleitende Auftreffplatte 34, wobei die Schicht dieser Auftreffplatte vom Elektronenstrahl 6 abgetastet wird, während die Aufnahmeröhre weiter mit einem Spulensystem 37 zur Ablenkung des Strahls und mit einem Schirmgitter 39 versehen ist. Ein aufzunehmendes Bild wird mit Hilfe der Linse 38 auf die Auftreffplatte 34 projiziert, wobei die Endwand 52 für Strahlung durchlässig ist. Für elektrische Anschlüsse ist die Endwand 53 mit Durchführungen 40 versehen. Im vorliegenden Beispiel ist die Halbleiterkathode nach den Figuren 1 und 2 auf der Endwand 53 der Aufnahmeröhre 51 montiert.

Dadurch, dass die Kathode Elektronen mit einer sehr geringen Streuung in der Energie emittiert, ist eine derartige Kathode besonders gut zur Anwendung in einer derartigen Aufnahmeröhre (oder in einer kurzen Wiedergaberöhre) geeignet; dies im Gegensatz zu z.B. Halbleiterelektroden, bei denen die Verarmungszone des emittierenden pn-Übergangs an der Oberfläche freigelegt wird, wobei diese Halbleiterelektroden Elektronen mit einer grossen Streuung in der Energie emittieren. Dadurch, dass die Elektronen nicht zuerst in einem sogenannten «Cross-over» konzentriert werden, bleibt die Energieverteilung schmal.

Dadurch, dass die Teilelektrode 9a an eine höhere positive Spannung als die Teilelektrode 9b angelegt wird, verlassen im vorliegenden Beispiel die Elektronen 6 die Kathode entlang einer Kegelstumpfoberfläche, wobei die Elektronen gleichsam aus der virtuellen Quelle 32 heraustreten. Dadurch kann eine kürzere Aufnahmeröhre 51 erhalten werden, während andererseits eine dynamische Fokussierung dadurch möglich ist, dass abhängig von der abzutastenden Stelle auf der Auftreffplatte 34 mit Hilfe der Spannungen an den Teilelektroden 9a, 9b die Lage der virtuellen Quelle 32 geändert wird.

Die Tatsache, dass die Elektronen nun gleichsam die Kathode entlang einer Kegel (strumpf) Oberfläche verlassen und sich dadurch entlang der Oberfläche des Strahls bewegen, ergibt ausserdem elektronenoptische Vorteile in bezug auf die übliche Aufnahmeröhre nach Fig. 4, bei der sich die Elektronen über den ganzen Querschnitt des Strahls bewegen. Bekanntlich beeinflusst das Spulensystem 37 nämlich die Elektronen, die sich entlang der Achse des Strahls bewegen, auf andere Weise als die Elektronen, die sich entlang der Oberfläche des Strahls bewegen.

Fokussierung auf die photoempfindliche Schicht 34 ist auch durch direkte Steuerung der Kathode möglich. Dadurch sind die Fokussierungselektroden überflüssig. Dies bedeutet, dass einerseits keine Verbreiterung des Energiespektrums im

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Fokussierungspunkt («Cross-over») stattfindet, während Auf bekannte Weise wird die Oberfläche 2 danach mit ei-

man andererseits mit weniger Hilfselektroden in der Katho- ner Isoherschicht 7 aus z.B. Siliciumoxid z.B. durch thermi-denstrahlröhre mit einer kürzeren Kathodenstrahlröhre aus- sehe Oxidation überzogen. Auf dieser Schicht 7 mit einer kommen kann. Dicke von z.B. 1 um wird anschliessend eine elektrisch lei-

Fig. 6 zeigt eine Halbleiteranordnung 1 mit einer Katho- 5 tende Schicht 9, z.B. eine Schicht aus polykristallinem Sili-de, bei der sich die Verarmungszone bis zu der Oberfläche 2 cium, erzeugt. Diese Schicht 9 wird dann mit einer Maskie-erstreckt, wie dies z.B. in der britischen Patentschrift Nr. rungsschicht 21 aus z.B. Siliciumnitrid überzogen.

1 303 659 beschrieben ist. Der pn-Übergang 5 wird hier zwi- In dieser Maskierungsschicht wird mit Hilfe photolithog-schen einem n-leitenden Substrat 3 und einem p-leitenden Ge- raphischer Ätztechniken eine Öffnung 22 definiert, wonach biet 4 gebildet, die ausserhalb der Zeichnung mit Kontakten w über diese Öffnung zunächst eine Öffnung in die leitende versehen sind, um den pn-Übergang 5 in der Sperrichtung Schicht 9 aus polykristallinem Silicium z.B. mit Hilfe von vorzuspannen. Dadurch wird wieder Lawinenvervielfachung Plasmaätzen geätzt und dann eine Öffnung in die Isolier-

im pn-Übergang 5 erzeugt, wobei Elektronen aus dem Halb- Schicht 7 z.B. mit einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure leiterkörper heraustreten können, was mit dem Pfeil 6 angege- und Ammoniumfluorid in Wasser geätzt wird. Damit ist die ben ist. Die heraustretenden Elektronen können in einer der- is Konfiguration nach Fig. 8 erhalten.

artigen Anordnung auch wieder mittels einer Beschleuni- Die Öffnung im polykristallinen Silicium 9 wird anschlies-

gungselektrode 9 beschleunigt werden, die auf dem Rande ei- send mit Hilfe von Unterätzung bis zu dem Rand 23 vergrös-ner Öffnung 8 in einer Isoherschicht 7 angeordnet ist, wobei sert; die vom Rande 23 begrenzte Öffnung wird dadurch grös-über diese Öffnung die Oberfläche 2 freigelegt wird. An diese ser als der durch Ätzung der Isolierschicht 7 freigelegte Teil Oberfläche, die erwünschtenfalls wieder mit einer Schicht 31 20 der Oberfläche 2. Das für die Unterätzung verwendete Ätzaus einem die Austrittsarbeit herabsetzenden Material verse- mittel (z.B. ein Gemisch von Fluorwasserstoff - Säure und hen werden kann, grenzen im vorhegenden Beispiel der pn- Salpetersäure und Essigsäure) greift zu gleicher Zeit die n-lei-Übergang 5 sowie die Verarmungszone 10. tende Oberflächenzone 26 an. Diese Ätzbehandlung wird

Die Energieverteilung der aus dem Halbleiterkörper her- fortgesetzt, bis die Oberflächenzone 26 an der Stelle der Öff-austretenden Elektronen als Funktion der Energie E weist im 25 nung 22 über ihre ganze Dicke entfernt ist. Dadurch, dass vorhegenden Falle nicht die Form eines schmalen Bandes auf. auch in lateraler Richtung das verwendete Ätzmittel das po-Bei Messungen an einer Kathode nach Fig. 6, wobei die Ver- lykristalline Silicium schneller als das einkristalline Silicium armungszone 10 an die Oberfläche 2 gelangt, stellt sich her- angreift, ist die Öffnung in der Schicht 9 aus polykristallinem aus, dass die Energieverteilung durch die Kurve 17 in Fig. 7 Silicium grösser als die Öffnung 27 in dem einkristallinen Sili-dargestellt werden kann. Neben einer schmalen Spitze 20, die 30 cium (Fig. 9). Dann werden z.B. Borionen mit einer Energie von dem Strom durch den pn-Übergang und der Spannung von 20 kV und einer Dosis von 8.1012 Ionen/cm2 implantiert, an der Beschleunigungselektrode abhängig ist, weist diese wobei die Maskierungsschicht 21 in Vereinigung mit der Iso-Energieverteilung ein breites Band 19 auf. Dies lässt sich lierschicht 7 als Implantationsmaske dient. Nach der Implan-

möglicherweise dadurch erklären, dass eine Anzahl von Elek- tation wird das Bor nötigenfalls weiterdiffundiert, was das p-tronen beim Durchlaufen der Verarmungszone bereits genü- 35 leitende Gebiet 24 ergibt, das eine erhöhte Dotierung (eine gend Energie empfangen, um herauszutreten, bevor sie die Oberflächendotierungskonzentration von IO17 bis 1018 Ato-Verarmungszone völlig durchlaufen haben. Diese Elektronen men/cm3) in bezug auf die epitaktische Schicht 4 aufweist, werden dadurch an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche Damit ist die Anordnung nach Fig. 9 erhalten.

2 innerhalb der Verarmungszone 10 ausgelöst. Da über dieser Nachdem die Maskierungsschicht 21 entfernt ist, wird die Verarmungszone nahezu die ganze Sperrspannung steht, tritt 40 Oxidschicht 7 in einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure und in diesem Teil ein Spannungsgradient entlang der Oberfläche Ammoniumfluorid in Wasser mit der Schicht 9 aus polykri-

2 auf. Elektronen, die heraustreten, verlassen dadurch die stallinem Sihcium als Ätzmaske geätzt. Danach wird die frei-Oberfläche 2 mit verschiedenen Anfangspotentialen und er- gelegte einkristalline Siliciumoberfläche, gleich wie das poly-halten dadurch verschiedene Energien. Die schmale Spitze 20 kristalline Silicium, mit einer Oxidhaut 25 mit einer Dicke wird nach dieser Erklärung durch Elektronen gebildet, die die 45 von etwa 0,2 (im z.B. durch thermische Oxidation versehen. Verarmungszone völlig oder nahezu völhg durchlaufen ha- Diese Oxidhaut hat nicht nur eine schützende Wirkung, son-ben, und verlassen die Oberfläche mit als Anfangspotential dem hat auch während einer folgenden Implantation von Do-dem Potential des n-leitenden Gebietes. natoren zum Zweck, die Implantation derart zu beeinflussen,

Die Anordnung nach den Figuren 1 und 2 kann auf fol- dass nach der Implantation und einem darauffolgenden Aus-gende Weise hergestellt werden (Figuren 8 bis 10). 50 glühschritt die Höchstkonzentration der implantierten Dona-

Es wird von einem Halbleiterkörper 1 aus Silizium mit ei- toren etwa mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers zusam-nem an eine Oberfläche 2 grenzenden n-leitenden Gebiet (14, menfallt. Dadurch wird eine befriedigende Leitung entlang 26) ausgegangen, das mit einem daran grenzenden p-leitenden der Oberfläche erhalten.

Gebiet 4 einen pn-Übergang 5 bildet. Dieser Halbleiterkörper Die Donatoren werden z.B. durch eine Arsenimplanta-kann z.B. wie folgt erhalten werden: Auf einem p-leitenden 55 tion bis zu einer die des p-leitenden Gebietes 24 unterschrei-Siliciumsubstrat 16 mit im vorliegenden Beispiel einem spezi- tenden Tiefe, z.B. 0,02 um, mit einer Energie von 40 kV und fischen Widerstand von 0,001 Q cm wird durch epitaktisches einer Dosis von 3.1013 Ionen/cm2 angebracht. Durch diese Anwachsen eine epitaktische Schicht 4 mit einer Dicke von 10 Implantation wird das n-leitende Gebiet 3 gebildet. Die Oberilm und einem spezifischen Widerstand von 10 Q.cm abgela- flächenzone des p-leitenden Gebietes 24 wird dadurch umdo-gert. Dann wird durch Diffusion von z.B. Phosphor die n-lei- 60 tiert; der verbleibende Teil bildet das in Fig. 2 dargestellte p-tende Kontaktzone 14 im Halbleiterkörper bis zu einer Tiefe leitende Gebiet 12. Damit ist die Anordnung nach Fig. 10 er-von etwa 2 (im erzeugt. Die Oberflächenkonzentration der halten.

Zone 14 beträgt z.B. 1019 Atome/cm3. Die n-leitende Oberflä- Nach dem bereits erwähnten Ausglühschritt wird die chenzone 26 wird bis zu einer geringeren Tiefe als die Kon- Oxidhaut 25 z.B. durch Ätzen entfernt. An nicht in dem taktzone 14 z.B. mittels einer Arsenimplantation erzeugt. Da- 6s Querschnitt angegebenen Stellen sind Kontaktlöcher in der bei werden Arsenionen mit einer Energie von etwa 50 kV und Isoherschicht zum Kontaktieren der n-leitenden Zone 14 z.B. einer Dosis von etwa 1014 Ionen/cm2 bis zu einer Tiefe von vor der Erzeugung der leitenden Schicht 9 angebracht. Die z.B. 0,2 um implantiert. leitende Schicht 9 wird während der obengenannten Ätzung

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des polykristallinen Siliciums in Muster geätzt, wobei die Be- ses Gebietes 12 die Verarmungszone 10 des pn-Übergangs 5

schleunigungselektroden 9a, 9b und die Anschlusselektrode eingeschnürt, was eine herabgesetzte Durchschlagspannung

13 erhalten werden. ergibt. Dadurch wird die Lawinenvervielfachung zuerst an

Nachdem die Anordnung auf der Unterseite mit einer Me- dieser Stelle auftreten.

tallisierungsschicht 15 versehen ist, ist die Anordnung nach 5 Die Dicke des n-leitenden Gebietes 3 beträgt im vorliegenden Figuren 1 und 2 erhalten. Auf den Elektroden 9,13 und den Beispiel wieder 0,02 |xm. Bei der genannten Donatorkon-15 werden schliesslich Anschlussleiter angebracht. Auf der zentration können eine genügende Anzahl von Donatoren Oberfläche 2 kann eine Schicht 31 aus einem die Austrittsar- ionisiert werden, um die Feldstärke (etwa 6.105 V/cm), bei der beit herabsetzenden Material, z.B. Barium oder Cäsium, an- Lawinenvervielfachung auftreten wird, zu erreichen, während gebracht werden. io dennoch eine Oberflächenschicht 11 vorhanden bleibt, wo-Fig. 11 zeigt schematisch im Querschnitt eine andere An- durch einerseits die Leitung zu dem pn-Übergang 5 stattfin-ordnung nach der Erfindung in derselben Draufsicht wie Fig. den kann, während diese Schicht andererseits genügend dünn 1. Der Querschnitt ist wieder längs der Linie II-II gezeichnet. ist, um einen Teil der erzeugten Elektronen durchzulassen. Diese Anordnung enthält wieder eine Kathode mit einem Die Anordnung nach Fig. 11 kann auf folgende Weise Halbleiterkörper 1, z.B. aus Silicium, mit einem pn-Übergang 15 hergestellt werden (Figuren 12 bis 14).

5 zwischen einem an die Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 Es wird von einem Halbleiterkörper 1 mit einem an eine grenzenden n-leitenden Gebiet 3 und einem p-leitenden Ge- Oberfläche 2 grenzenden n-leitenden Gebiet 14 ausgegangen, biet 4. Durch das Anlegen einer Spannung in der Sperrich- das mit einem daran grenzenden p-leitenden Gebiet 4 einen tung über dem pn-Übergang werden wieder Elektronen er- pn-Übergang 5 bildet. Dieser Halbleiterkörper kann z.B. da-zeugt, die aus dem Halbleiterkörper heraustreten können, 20 durch erhalten sein, dass auf einem p-leitenden Siliciumsub-was mit dem Pfeil 6 angegeben ist. strat 16 mit im vorliegenden Beispiel einem spezifischen Wi-Nach der Erfindung ist die Oberfläche 2 mit einer elek- derstand von 0,001 Q.cm eine p-leitende epitaktische Schicht trisch isolierenden Schicht 7 aus z.B. Siliciumoxid versehen, mit einer Dicke von 10 um und einem spezifischen Widerin der mindestens eine Öffnung 8 angebracht ist. Innerhalb stand von 10 Q.cm angewachsen wird. Das n-leitende Gebiet der Öffnung 8 verläuft der pn-Übergang 5 nahezu parallel zu 2s 14 ist mit Hilfe von Diffusion von z.B. Phosphor bis zu einer der Oberfläche 2. Weiter ist auf der Isolierschicht 7 auf dem Tiefe von etwa 2 um in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Rande der Öffnung 8 eine Beschleunigungselektrode 9 er- Die Dotierungskonzentration des n-leitenden Gebietes 14 bezeugt, die im vorliegenden Beispiel aus polykristallinem Sili- trägt an der Oberfläche z.B. 2.1019 Atome/cm3.

cium besteht. .. Auf bekannte Weise wird die Oberfläche 2 dann mit einer

Nach der Erfindung weist der pn-Ubergang 5 innerhalb 30 Isoherschicht 7, z.B. aus Siliciumoxid, z.B. durch thermische der Öffnung 8 örtlich eine niedrigere Durchschlagspannung Oxidation überzogen. Auf dieser Schicht 7 mit einer Dicke als der übrige Teil des pn-Übergangs auf. Im vorhegenden von z.B. 1 (im wird anschhessend eine elektrisch leitende Beispiel wird die örtliche Herabsetzung der Durchschlagspan- Schicht 9, z.B. eine Schicht aus polykristallinem Silicium, er-

nung dadurch erhalten, dass innerhalb der Öffnung 8 die Ver- zeugt. Diese Schicht 9 wird dann mit einer Maskierungs-

armungszone 10 bei der Durchschlagspannung schmäler als 35 schicht 21 aus z.B. Siliciumnitrid überzogen.

an anderen Punkten des pn-Übergangs 5 ist. Der Teil des pn- in dieser Maskierungsschicht 21 wird mittels photolitho-

Übergangs 5 mit herabgesetzter Durchschlagspannung ist graphischer Ätztechniken ein Fenster 22 für den nachfolgen-

von der Oberfläche 2 durch die n-leitende Schicht 3 getrennt. den Ätzschritt definiert. Das Fenster 22 ist derart bemessen,

Diese Schicht weist eine derartige Dicke und eine derartige dass es, in Projektion gesehen, zwischen den Teilen des n-lei-

Dotierung auf, dass sich bei der Durchschlagspannung die 40 tenden Gebietes 14 hegt. Dann wird die unterhegende Schicht

Verarmungszone 10 des pn-Übergangs 5 nicht bis zu der 9 aUs polykristallinem Silicium über das Fenster 22 z.B. durch

Oberfläche 2 erstreckt. Dadurch bleibt eine Oberflächen- Plasmaätzen geätzt. Damit ist die Konfiguration nach Fig. 12

schicht 11 vorhanden, die die Leitung des Lawinenstroms be- erhalten.

sorgt. Die Oberflächenschicht 11 ist genügend dünn, um ei- Die Ätzung des polykristallinen Siliciums wird fortge-

nen Teil der durch Lawinenvervielfachung erzeugten Elektro- 45 setzt, bis die Öffnung grösser als der darunter an die Oberflä-

nen durchzulassen, welche Elektronen aus dem Halbleiter- che 2 grenzende Teil des p-leitenden Gebietes 4 ist, der von körper 1 heraustreten und den Strahl 6 bilden. den Teilen des n-leitenden Gebietes 14 begrenzt wird; mit an-

Die Einschnürung der Verarmungszone 10 und damit die deren Worten: die Ätzung wird fortgesetzt, bis, in Projetion

örtliche Herabsetzung der Durchschlagspannung des pn- gesehen, der Rand 23 der Öffnung im polykristallinen Sili-

Übergangs 5 wird auch hier dadurch erhalten, dass innerhalb 50 cium über dem n-leitenden Gebiet 14 hegt.

der Öffnung 8 ein höher dotiertes p-leitendes Gebiet 12 er- Anschhessend wird über die Öffnung 22 die Oxidschicht 7

zeugt wird, das mit dem n-leitenden Gebiet 3 einen pn-Über- Z.B. mit einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure und Ammo-

gang bildet. niumfluorid in Wasser geätzt. Während dieser Ätzung wirkt

Die Halbleiteranordnung ist weiter noch mit einer An- die Schicht 9 aus polykristallinem Silicium als Maske, so dass schlusselektrode 13 versehen, die über ein Kontaktloch mit 55 endgültig die Öffnung 8 erhalten wird (Fig. 13).

der n-leitenden Kontaktzone 14 verbunden ist, die mit der n- Danach wird durch eine Borimplantation innerhalb der leitenden Zone 3 verbunden ist. Die p-leitende Zone ist im Öffnung das Gebiet 24 abgelagert, das eine erhöhte Akzeptorvorliegenden Beispiel auf der Unterseite mittels der Metalh- dotierung in bezug auf das p-leitende Gebiet 4 aufweist. Die sierungsschicht 15 kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt Implantationsenergie wird dabei derart niedrig (z.B. 10 kV vorzugsweise über eine hoch dotierte p-leitende Kontaktzone 60 bei einer Dosis von 1013 Ionen/cm2) gewählt, dass das Nitrid 16. als Maske dienen kann. Nach der Ablagerung wird das Bor Im Beispiel nach Fig. 11 ist die Donatorkonzentration im gegebenenfalls weiterdiffundiert, was eine Oberflächenkon-n-leitenden Gebiet 3 z.B. 5.1018 Atome/cm3, während die Ak- zentration von IO17 bis 1018 Atomen/cm3 ergibt (Fig. 13). zeptorkonzentration im p-leitenden Gebiet 4 viel niedriger ist Anschliessend wird ein leichter Oxidationsschritt durch-und z.B. 1015 Atome/cm3 beträgt. 65 geführt, so dass sowohl die Halbleiteroberfläche als auch der Das höher dotierte p-leitende Gebiet 12 innerhalb der Öff- Rand 23 der Öffnung in der polykristallinen Sihciumschicht 9 nung 8 weist am pn-Übergang eine Akzeptorkonzentration mit einer Oxidhaut 25 überzogen sind. Die Oxidhaut weist von z.B. 2.1017 Atomen/cm3 auf. Dadurch ist an der Stelle die- wieder eine Dicke von etwa 0,02 (im auf (Fig. 14).

652 235 10

Nachdem die Maskierungsschicht 21 entfernt ist, folgt zentration durchgeführt, dass im Gebiet 4b die absolute Koneine Implantation von Donatoren, z.B. eine untiefe Arsenim- zentration von Donatoratomen etwas niedriger als die der plantation bis zu einer Tiefe von 0,02 p.m, wobei die Schicht 9 Akzeptoratome ist, so dass hier ein niedrig dotiertes p-leiten-als Maske dient. Diese Implantation wird z.B. mit einer Ener- des Gebiet 4b neben dem höher dotierten Gebiet 4a erhalten gie von 40 kV und einer Dosis von 3,1013 Ionen/cm2 durchge- 5 wird. Dann wird aufs neue ein Diffusionsschritt mit z.B.

führt. Dadurch, dass die Implantation bis zu einer die des p- Phosphoratomen bis zu einer die vorhergehende Tiefe unterleitenden Gebietes 24 unterschreitenden Tiefe durchgeführt schreitenden Tiefe durchgeführt. Dadurch wird das n-leitende wird, wird letzteres teilweise undotiert; der verbleibende Teil Gebiet 14 mit einer Oberflächenkonzentration von z.B. 1019 bildet die in Fig. 11 dargestellte p-leitende Zone 12. Nachdem Atomen/cm3 erhalten. Damit ist die Konfiguration nach Fig. die Oxidhaut 25 entfernt und gegebenenfalls wieder eine io 17 erhalten.

Schicht 31 aus die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzendem Nach Entfernung der Oxidmaske 29 werden auf der Ober-

Material angebracht ist, ist die Halbleiteranordnung nach fläche 2 wieder eine Isolierschicht 7 bzw. eine leitende Schicht

Fig. 11 erhalten. 9 angebracht, in die eine Öffnung 8 geätzt wird. Danach wird

Die örtliche Verschmälerung der Verarmungszone und mit der leitenden Schicht 9 oder der Isolierschicht 7 als Maske damit eine herabgesetzte Durchschlagspannung kann auch 15 mit Hilfe von Ionenimplantation eine dünne n-leitende auf ganz andere Weise erhalten werden. Fig. 15 zeigt z.B. ei- Schicht 3 angebracht. Die Implantation findet gegebenenfalls nen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung, wobei der durch eine dünne Oxidschicht hindurch statt.

emittierende Teil des pn-Übergangs zwischen einem hoch do- Nachdem die Oberfläche 2 innerhalb der Öffnung 8 gege-tierten n-leitenden Gebiet 3 und einem p-leitenden Gebiet 4 benenfalls wieder mit einer Schicht 31 aus einem die Elektro-gebildet wird, das an der Stelle des pn-Übergangs ein p-leiten- 20 nenaustrittsarbeit herabsetzenden Material versehen und die des Gebiet 4a enthält, das von einem p-leitenden Gebiet 4b Anordnung mit Anschlusselektroden und einer Metallisie-mit einer niedrigeren Akzeptorkonzentration umgeben ist. rung 15 versehen ist, ist die Anordnung nach Fig. 15 erhalten. Der Übergang zwischen dem p-leitenden Gebiet 4a und dem Wenn der erste Phosphordiffusionsschritt derart durchge-n-leitenden Gebiet 3 weist dadurch eine niedrigere Durch- führt wird, dass die absolute Konzentration von Phosphorschlagspannung auf und liegt völlig innerhalb einer Öffnung 8 25 atomen nach der Diffusion etwas höher als die Akzeptorkon-in einer Isolierschicht 7, wobei auf dieser Isolierschicht nach zentration ist, wird die Anordnung nach Fig. 16 mit einer der Erfindung wieder eine Beschleunigungselektrode 9 er- hochohmigen n-leitenden Zone 26 statt der hochohmigen p-zeugt ist. An der Stelle der Öffnung 8 verläuft der pn-Über- leitenden Zone 4b erhalten.

gang 5 praktisch parallel zu der Oberfläche 2, während das n- Fig. 18 zeigt im Querschnitt eine Halbleiteranordnung leitende Gebiet 3 eine derartige Dicke und eine derartige Do- 30 nach der Erfindung, bei der die Durchschlagspannung des pn-

tierungskonzentration aufweist, dass bei Durchschlag eine Übergangs 5 örtlich dadurch herabgesetzt ist, dass in der leitende Oberflächenschicht 11 vorhanden ist. Innerhalb der Oberfläche 2 eine V-förmige Vertiefung angebracht wird.

Öffnung ist die Oberfläche 2 nötigenfalls wieder mit einer Durch diese Form tritt infolge der Konzentration elektrischer

Schicht 31 aus einem die Elektronenaustrittsarbeit herabset- Feldlinien der Durchschlag früher in der Spitze 30 des V als zenden Material versehen. Das n-leitende Gebiet 3 ist über die 35 anderswo in dem Halbleiterkörper auf.

n-leitende Zone 14 wieder mit einer Anschlusselektrode ver- In der Aufnahmeröhre nach Fig. 5 kann die leitende bunden, während das p-leitende Gebiet 4 wieder über eine Schicht 34 durch einen Leuchtschirm ersetzt werden, so dass

Metallisierung 15 auf der Unterseite kontaktiert werden diese Röhre für Wiedergabezwecke angewendet werden kann,

kann. Bei derartigen Anwendungen kann mit Vorteil eine runde,

Fig. 16 zeigt im Querschnitt eine Anordnung, bei der der 40 rechteckige oder ellipsenförmige oder quadratische Öffnung pn-Übergang 5 zwischen einem p-leitenden Gebiet 4 und ei- in der Isolierschicht der Halbleiteranordnung angebracht nem n-leitenden Gebiet 3,28 verläuft, wobei das n-leitende werden. Das runde, rechteckige, ellipsenförmige oder quadra-

Gebiet 3 wieder eine hoch dotierte Oberflächenzone ist, wäh- tische Emissionsmuster wird dann z.B. in einer Röhre vom rend das Gebiet 28 eine viel niedrigere Dotierungskonzentra- Vidikontyp auf allgemein bekannte Weise auf einem Leucht-

tion aufweist. 45 schirm abgebildet.

Der pn-Übergang 5 verläuft dabei nur parallel zu der Fig. 19 zeigt in Draufsicht und Figuren 20 und 21 zeigen

Oberfläche 2 in dem Gebiet, in dem dieser pn-Übergang zwi- im Querschnitt längs der Linien XX-XX und XXI-XXI eine sehen dem p-leitenden Gebiet 4 und der hoch dotierten n-lei- Halbleiteranordnung für eine derartige Anordnung für eine tenden Oberflächenzone 3 gebildet wird. Die n-leitende Ober- derartige Anwendung. Fig. 19 zeigt schematisch eine Drauf-

flächenzone weist wieder eine derartige Dicke und eine derar- so sieht auf eine Sihciumscheibe 42, in der drei Kathoden gebil-

tige Dotierungskonzentration auf, dass Leitung entlang der det sind, die in Fig. 19 mit den Buchstaben A, B, C bezeichnet

Oberfläche in der Schicht 11 möglich bleibt. Dadurch, dass sjnd.

die Donatorkonzentration des n-leitenden Gebietes 3 viel hö- __ Die Lawinenvervielfachung tritt in drei verschiedenen pn-her als die des n-leitenden Gebietes 28 ist, tritt am Übergang Übergängen 5a, 5b, 5c zwischen hoch dotierten n-leitenden zwischen den Gebieten 3 und 4 eine Verschmälerung der Ver- ss Gebieten 3a, 3b, 3c und einem gemeinsamen p-leitenden Ge-armungszone und dadurch eine Herabsetzung der Durch- biet 4 auf, das zum Erhalten einer herabgesetzten Durchschlagspannung auf. Dieses Gebiet hegt wieder innerhalb der schlagspannung an den Stellen der Kathoden A, B und C mit Öffnung 8 in der Isoherschicht 7, die ihrerseits wieder mit ei- höher dotierten p-leitenden Gebieten 12a, 12b, 12c versehen ner Beschleunigungselektrode 9 überzogen ist. ist, die an die respektiven pn-Übergänge grenzen. Die Ober-

Fig. 17 zeigt im Querschnitt die Halbleiteranordnung «0 fläche 2 ist mit einer Isolierschicht 7 überzogen, auf der rings nach Fig. 16 während einer Stufe ihrer Herstellung. Die An- um die rechteckigen Öffnungen 8a, 8b, 8c Beschleunigungsordnung wird z.B. dadurch hergestellt, dass von einem p-lei- elektroden 9a und 9b angeordnet sind. Das gemeinsame p-lei-tenden Halbleiterkörper 1 mit einer Akzeptorkonzentration tende Gebiet ist über eine niederohmige p-leitende Kontakt-von IO17 bis 1018 Atomen/cm3 ausgegangen wird. An der zone 16 auf der Unterseite mittels der Metallisierungsschicht Stelle der anzubringenden Öffnung wird die Oberfläche 2 auf « 15 kontaktiert. Die n-leitenden Kontaktzonen sind über Kon-photolithographischem Wege mit einer Maske 29, z.B. aus Si- taktlöcher mit den Anschlusselektroden 13a, 13b, 13c verbun-liciumoxid, versehen. Dann wird ein Diffusionsschritt mit den. Die Beschleunigungselektroden 9a und 9b sind kamm-Donatoren, z.B. Phosphoratomen, mit einer derartigen Kon- förmig gestaltet, wobei die Zähne des Kammes interdigital

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angeordnet sind, wobei abwechselnd zwischen zwei Zähnen eine Öffnung 8 mit einer rechteckigen Form hegt. In den Öffnungen 8a, 8b, 8c ist die Oberfläche 2 gegebenenfalls wieder mit einer Schicht 31 aus einem die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden Material überzogen.

Eine derartige Anordnung eignet sich besonders gut zur Anwendung in einer Farbwiedergabevorrichtung, wobei den Anschlüssen 13a, 13b und 13c der roten, grünen bzw. blauen Information entsprechende Signale zugeführt werden. Dadurch, dass die Elektroden 9a und 9b an je ein verschiedenes Potential angelegt werden, werden die drei Signale an drei benachbarten Stellen auf dem Leuchtschirm abgebildet.

Auch können eine Anzahl der Kathoden nach der Erfindung mit z.B. einer runden Öffnung, die von einer Beschleunigungselektrode umgeben ist, in einer XY-Matrix integriert werden, wobei z.B. die n-leitenden Gebiete von den X-Leitun-gen und die p-leitenden Gebiete von den Y-Leitungen angesteuert werden. Mit Hilfe einer Steuerelektronik, z.B. mit Hilfe von Schieberegistern, deren Inhalt bestimmt, welche der X-Leitungen bzw. Y-Leitungen angesteuert werden, kann nun ein bestimmtes Muster von Kathoden zur Emission gebracht werden, während z.B. über andere Register in Vereinigung mit Digital/Analog-Umsetzern das Potential der Beschleunigungselektroden eingestellt werden kann. Damit können flache Wiedergabevorrichtungen hergestellt werden, wobei sich in einem evakuierten Raum in einem Abstand von einigen Millimetern von der Halbleiteranordnung ein Leuchtschirm befindet, der von dem von der Halbleiteranordnung herrührenden Elektronen ström aktiviert wird.

Fig. 22 zeigt schematisch und perspektivisch eine Ansicht einer derartigen flachen Wiedergabevorrichtung, die neben der Halbleiteranordnung 42 einen Leuchtschirm 43 enthält, der von dem von der Halbleiteranordnung herrührenden Elektronenstrom aktiviert wird. Der Abstand zwischen der Halbleiteranordnung und dem Leuchtschirm beträgt z.B. 5 mm, während der Raum, in dem sie sich befinden, evakuiert ist. Zwischen der Halbleiteranordnung 42 und dem Schirm 43 wird eine Spannung in der Grössenordnung von 5 bis 10 kV über die Spannungsquelle 44 angelegt, was eine derart hohe Feldstärke zwischen dem Schirm und der Anordnung hervorruft, dass die Abbildung einer Kathode in derselben Grössenordnung wie diese Kathode liegt.

Fig. 23 zeigt schematisch eine derartige Wiedergabevorrichtung, bei der in einem evakuierten Raum 45 die Halbleiteranordnung 42 in einem Abstand von etwa 5 mm von dem Leuchtschirm 43 angeordnet ist, der einen Teil der Endwand 46 dieses Raumes bildet. Die Anordnung 42 ist auf einem

Halter 39 montiert, auf dem erwünschtenfalls andere integrierte Schaltungen 47 für die Steuerelektronik angeordnet sind; der Raum 45 ist mit Durchführungen 40 für äussere Anschlüsse versehen.

5 Fig. 24 zeigt schematisch einen ähnlichen Vakuumraum 45. Darin befindet sich ein schematisch dargestelltes System 50 von Elektronenlinsen. In der Endwand 46 ist z.B. eine Sili-ciumscheibe 48 angebracht, die mit einer Photoresistschicht 49 überzogen ist. Das in der Anordnung 42 erzeugte Muster io wird über das Linsensystem 50, nötigenfalls verkleinert, auf der Photoresistschicht 49 abgebildet.

Mit einer derartigen Vorrichtung können also Muster auf einer Photoresistschicht abgebildet werden. Dies ergibt grosse Vorteile, weil dadurch die gebräuchlichen Photomasken ent-15 fallen können und die gewünschten Muster über die Steuerelektronik auf einfache Weise erzeugt und nötigenfalls korrigiert werden können.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Beispiele beschränkt ist. So wird, namentlich 20 wenn die Kathode in eine integrierte Schaltung aufgenommen ist, das p-leitende Gebiet 4 nicht über eine Metallisierungsschicht auf der Unterseite des Halbleiterkörpers, sondern über eine diffundierte p-leitende Zone mit einem Anschlussleiter verbunden werden. Auch braucht das p-leitende Gebiet 25 nicht notwendigerweise eine (epitaktische) Schicht mit gleich-mässiger Dotierung zu sein, sondern dieses Gebiet kann auch eine diffundierte Zone sein.

Wie bereits bemerkt wurde, sind namenthch bei Wiedergabeanwendungen für die Öffnung verschiedene Formen, 30 z.B. eine runde oder quadratische Form, möghch. Dadurch, dass dabei die Beschleunigungselektrode in z.B. vier Teilelektroden aufgeteilt wird, an die verschiedene Spannungen angelegt werden können, kann der heraustretende Elektronenstrahl in verschiedenen Richtungen abgelenkt werden. 35 In einer Konfiguration gleich der nach Fig. 19 kann mit Hilfe eines anderen Metallisierungsmusters, wenn dies für die Anwendung erwünscht ist, bewirkt werden, dass die heraustretenden Strahlen nicht parallel zueinander abgelenkt, sondern in einem Punkt zusammengefügt und mit anderen Mit-40 teln abgelenkt werden.

Auch für die Verfahren sind verschiedene Abwandlungen möghch. Statt durch eine Ionenimplantation, wie in den hier beschriebenen Beispielen, können die Gebiete 12 und 3 auch durch eine Ablagerung senkrecht zu der Oberfläche und dar-45 auffolgendes Eindiffundieren angebracht werden. In diesem Falle wird die Oxidhaut 25 vor der Ablagerung entfernt oder gar nicht angebracht.

C

9 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Halbleiteranordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls mit einer Kathode, die einen Halbleiterkörper mit einem pn-Übergang zwischen einem an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzenden n-leitenden Gebiet und einem p-Ieitenden Gebiet enthält, wobei durch das Anlegen einer Spannung in der Sperrichtung über dem pn-Übergang in dem Halbleiterkörper durch Lawinenvervielfachung Elektronen erzeugt werden, die aus dem Halbleiterkörper heraustreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, in der mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, wobei auf der Isolierschicht auf dem Rande der Öffnung mindestens eine Beschleunigungselek-trode erzeugt ist, und wobei der pn-Übergang wenigstens innerhalb der Öffnung im wesentlichen parallel zu der Halbleiteroberfläche verläuft und innerhalb der Öffnung örtüch eine niedrigere Durchschlagspannung als der übrige Teil des pn-Übergangs aufweist, wobei der Teil mit niedrigerer Durchschlagspannung von der Oberfläche durch eine n-leitende Schicht mit einer derartigen Dicke und einer derartigen Dotierung getrennt ist, dass sich bei der Durchschlagspannung die Verarmungszone des pn-Übergangs nicht bis zu der Oberfläche erstreckt, sondern von dieser Oberfläche durch eine Oberflächenschicht getrennt ist, die genügend dünn ist, um die erzeugten Elektronen durchzulassen.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschlagspannung örtlich durch eine örtlich höher dotierte Zone des p-leitenden Gebietes herabgesetzt wird, wobei diese Zone wenigstens im Betriebszustand bis in die Verarmungszone reicht.
3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die höher dotierte p-leitende Zone an den pn-Übergang grenzt.
4. 4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der höher dotierten p-leitenden Zone höchstens 5 um beträgt.
5. 5. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der n-leitenden Schicht mindestens 0,01 um und höchstens 0,2 (im beträgt.
6. 6. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung die Form eines schmalen Spaltes aufweist, dessen Breite in derselben Grössenordnung wie die Dicke der Isolierschicht hegt.
7. 7. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungselektrode aus zwei oder mehr Teilelektroden aufgebaut ist.
8. 8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung einen praktisch ringförmigen Spalt bildet, wobei eine Teilelektrode innerhalb des ringförmigen Spaltes und eine Teilelektrode ausserhalb des ringförmigen Spaltes liegt.
9. 9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie des ringförmigen Spaltes einen Kreis bildet.
10. 10. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Halbleiterkörpers wenigstens an der Stelle der Öffnung mit einem die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden Material überzogen ist.
11. 11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Austrittsarbeit herabsetzende Material eines der Materialien aus der durch Cäsium und Barium gebildeten Gruppe ist.
12. 12. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper aus Silicium besteht.
13. 13. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden

    Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungselektrode polykristallines Silicium enthält.
14. 14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

    5 zeichnet, dass von einem Halbleiterkörper mit einem an eine Oberfläche grenzenden n-leitenden Gebiet ausgegangen wird, das mit einem daran grenzenden p-leitenden Gebiet einen pn-Übergang bildet; dass die Oberfläche mit einer Isolierschicht überzogen wird; dass die Isolierschicht mit einer elektrisch io leitenden Schicht überzogen wird, die ihrerseits mit einer Maskierungsschicht überzogen wird; dass in der Maskierungsschicht eine Öffnung angebracht wird, wonach via diese Öffnung nacheinander die leitende Schicht und die Isolierschicht durch Ätzen entfernt werden, wobei wenigstens die in 15 die leitende Schicht geätzte Öffnung grösser als ein darunterliegender Oberflächenteil ist, innerhalb dessen das p-leitende Gebiet an die Oberfläche grenzt; dass dann unter Verwendung der Maskierungsschicht oder der Maskierungsschicht samt der Isoherschicht als Maske Akzeptoratome in den ge-20 nannten Oberflächenteil eingeführt werden, um eine innerhalb des genannten Oberflächenteiles liegende p-leitende Zone mit einer die des p-leitenden Gebietes überschreitenden Dotierungskonzentration zu bilden, wonach die Maskierungsschicht entfernt wird und unter Verwendung der leiten-25 den Schicht als Maske Donatoratome in den Oberflächenteil bis zu einer die der p-leitenden Zone unterschreitenden Tiefe eingeführt werden, und dass dann die als Beschleunigungselektrode dienende leitende Schicht, das n-leitende Gebiet und das p-leitende Gebiet mit Anschlussleitern versehen 30 werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Donator- und Akzeptoratome durch Ionenimplantation eingeführt werden.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich-35 net, dass vor der Implantation der Donatorionen der genannte Oberflächenteil mit einer Oxidschicht versehen wird, die nach Implantation entfernt wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Donatorionen mit einer derartigen Energie über

    4o die Oxidschicht implantiert werden, dass die maximale Donatorkonzentration nahezu mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers zusammenfällt.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich das n-leitende Gebiet anfang-

    45 lieh auch an der Stelle der geätzten Öffnung erstreckt, und dass nach Ätzung der Isolierschicht unter Verwendung der leitenden Schicht als Ätzmaske das n-leitende Gebiet an der Stelle des genannten Oberflächenteiles über seine ganze Tiefe weggeätzt wird, wonach die p-leitende Zone unter Verwen-50 dung der Isoherschicht als Maske implantiert wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erzeugung der p-leitenden Zone und vor der Implantation der Donatorionen die Öffnung in der Isolierschicht vergrössert wird, bis sie grösser als die in der leiten-

    55 den Schicht ist und sich unter dem Rand der leitenden Schicht erstreckt.

    • 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das n-leitende Gebiet, das p-lei-tende Gebiet und die leitende Schicht aus Silicium bestehen, so 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht aus Siliciumoxid und die Maskierungsschicht aus Silicium-nitrid besteht.
20. 22. Aufnahmeröhre mit Mitteln zur Steuerung eines Elek-65 tronenstrahls, wobei dieser Elektronenstrahl ein Ladungsbild abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl mit einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erzeugt wird.

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21. 23. Wiedergabevorrichtung mit Mitteln zur Steuerung ei- der dünnen p-leitenden Schicht, die den Injektionsstrom be-nes Elektronenstrahls, wobei dieser Elektronenstrahl eine Ab- schränkt. Ausserdem geht beim Gebrauch die Überzugsbildung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro- schicht aus die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzendem nenstrahl mittels einer Halbleiteranordnung nach einem der Material langsam verloren, wordurch die Lebensdauer dieser Ansprüche 1 bis 13 erzeugt wird. 5 Kathoden beschränkt wird.
22. 24. Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 23, dadurch Neben den bereits genannten Kathoden gibt es Kathoden, gekennzeichnet, dass diese Wiedergabevorrichtung einen die basieren auf dem Heraustreten von Elektronen aus dem Leuchtschirm enthält, der sich in einem Vakuum in einem Halbleiterkörper, wenn ein pn-Übergang derart in der Sperr-Abstand von einigen Millimetern von der Halbleiteranord- richtung betrieben wird, dass Lawinenvervielfachung auftritt, nung befindet, und dass der Schirm von dem von der Halblei- io Dabei können gewisse Elektronen soviel kinetische Energie teranordnung stammenden Elektronenstrahl aktiviert wird. erhalten wie zum Überschreiten des Elektronenaustrittspotentials erforderlich ist; diese Elektronen werden dann an der

    Oberfläche ausgelöst und liefern somit einen Elektronenstrom. Eine derartige Kathode ist aus der bereits genannten Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung i5 britischen Patentschrift 1 303 659 bekannt und bildet den Ge-zum Erzeugen eines Elektronenstrahls mit einer Kathode, die genstand der vorliegenden Patentanmeldung. Im Ausfüh-einen Halbleiterkörper mit einem pn-Übergang zwischen ei- rungsbeispiel der vorgenannten Patentschrift wird eine Ka-nem an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzenden n- thode beschrieben, bei der als Halbleitermaterial Silicium-leitenden Gebiet und einem p-leitenden Gebiet enthält, wobei carbid verwendet wird. Nur bei Siliciumcarbid wird nämlich durch das Anlegen einer Spannung in der Sperrichtung über 2o in einer derartigen Anordnung ein derartiger Wirkungsgrad, dem pn-Übergang in dem Halbleiterkörper durch Lawinen- d.h. ein derartiges Verhältnis zwischen dem erzeugten Elek-vervielfachung Elektronen erzeugt werden, die aus dem Halb- tronenstrom und dem benötigten Lawinenstrom durch den leiterkörper austreten. pn-Übergang, erreicht, dass diese für praktische Zwecke an-

    Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren wendbar ist.

    zur Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung sowie 25 Beim Gebrauch der Kathoden der obengenannten Arten auf eine Aufnahmeröhre und eine Wiedergabevorrichtung in z.B. Aufnahmeröhren oder kleinen Wiedergaberöhren wer-

    mit einer derartigen Halbleiteranordnung. den die ausgelösten Elektronen mit Hilfe von Steuergittern

    Halbleiteranordnungen der obenerwähnten Art sind aus beschleunigt und der so erhaltene Elektronenstrahl wird häu-der britischen Patentschrift 1 303 659 bekannt. Sie werden fig mit Hilfe einer Elektronenoptik in einem Punkt konzen-u.a. in Kathodenstrahlröhren verwendet, in denen sie die üb- 30 triert. Dieser Punkt, ein sogenannter Strahlknoten («Crossliche thermische Kathode, bei der Elektronenemission durch over»), wirkt als eine reelle Quelle für den eigentlichen Elek-Erhitzung erzeugt wird, ersetzen. Neben dem hohen Energie- tronenstrahl, der dann z.B. mit Hilfe elektromagnetischer verbrauch für die Erhitzung weisen thermische Kathoden den Mittel, wie Ablenkspulen, abgelenkt wird, um z.B. in einer Nachteil auf, dass sie nicht sofort betriebsfertig sind, weil sie Aufnahmeröhre eine photoleitende Schicht abzutasten, die zunächst genügend angeheizt werden müssen, bevor Emission 35 Bildinformation enthält.

    auftritt. Ausserdem geht durch Verdampfung auf die Dauer An der Stelle des obengenannten Strahlknotens finden ge-das Kathodenmaterial verloren, so dass diese Kathoden eine genseitige Wechselwirkungen zwischen den ausgelösten Elek-beschränkte Lebensdauer besitzen. tronen statt. Die Verteilung der Elektronenenergie wird da-Um die in der Praxis Schwierigkeiten bereitende Erhit- durch derart beeinträchtigt, dass die zugehörige Elektronen-zungsquelle zu vermeiden und auch um den anderen Nachtei- 40 temperate erhöht wird und die Streuung der Energieverteilen entgegenzukommen, wurde die Anwendung einer kalten hing der Elektronen grösser wird. Dies übt auf die sogenannte Kathode vorgeschlagen. Abnahmekurve des Strahls einen nachteiligen Einfluss aus, in Eine der vorgeschlagenen Lösungen war die sogenannte dem Sinne, dass in der Aufnahmeröhre Nachwirkungseffekte Feldemissionskathode, bei der mit einem starken äusseren auftreten.

    elektrischen Feld Elektronen aus einer punktförmigen nicht 45 Die in der britischen Patentschrift 1 303 659 beschriebene erhitzten Kathode gezogen werden. Die Anwendung dieser Anordnung enthält einen pn-Übergang, der die Oberfläche

    Feldemissionskathode ist aber sehr beschränkt wegen des be- schneidet. Wenn diese Halbleiteranordnung in eine Katho-

    nötigten sehr starken äusseren elektrischen Feldes, der Ver- denstrahlröhre oder eine andere Entladungsvorrichtung auf-

    letzbarkeit der Kathode infolge elektrischer Entladungen in genommen ist, wird die Kathode im allgemeinen einen Teil ei-

    dem Emissionsraum und des für stabile Emission benötigten so nes grösseren Ganzen bilden, wobei infolge anderer Elektro-

    Ultrahochvakuums (10 bis 100 Nano-Pascal). den, wie einer Anode oder Steuergitter, die Elektronen im Be-

    Eine andere Lösung ist die Anwendung sogenannter «Ka- triebszustand der Halbleiteranordnung weggesaugt werden,

    thoden mit Affinität für negative Elektronen», bei denen ein und zwar in der zu der Hauptoberfläche des Halbleiterkör-

    n-leitender Halbleiterkörper mit einem sehr dünnen p-leiten- pers senkrechten Richtung. Die Elektronen sind daher, in den Oberflächengebiet bedeckt und der so gebildete pn-Über- 55 weiterem Sinne betrachtet, einem elektrischen Feld mit einer gang in der Durchlassrichtung vorgespannt ist. Da das p-lei- zu dieser Hauptoberfläche senkrechten Komponente unter-

    tende Oberflächengebiet eine Dicke aufweist, die kleiner als worfen. Unter «Hauptoberfläche» ist hier die Halbleiterober-

    die Diffusionsrekombinationslänge der Elektronen im p-lei- fläche, einschliesslich etwaiger Nuten oder Vertiefungen, zu tenden Gebiet ist, können vom pn-Übergang in dieses p-lei- verstehen.

    tende Gebiet injizierte Elektronen, vorausgesetzt, dass ihre 60 Das elektrische Feld des infolge eines Lawinendurch-Energie genügend gross ist, an der Oberfläche des p-leitenden schlags elektronenemittierenden pn-Übergangs ist senkrecht Gebietes aus der Halbleiteroberfläche heraustreten. Um die- zu diesem pn-Übergang gerichtet. Infolgedessen können die sen Austritt von Elektronen zu fördern, ist die Oberfläche in heraustretenden Elektronen eine Geschwindigkeitskompoder Regel mit einem die Elektronenaustrittsarbeit herabset- nente in einer von der gewünschten Richtung verschiedenen zenden Material, wie z.B. einem Cäsiumhaitigen Material, » Richtung aufweisen, was nachteilig sein kann, insbesondere überzogen. wenn ein schmaler Elektronenstrahl erforderlich ist.

    Ein Problem bei diesen Kathoden «mit Affinität für nega- Weiter haben Versuche ergeben, dass bei Anordnungen tive Elektronen» ist u.a. das Auftreten von Rekombination in der in der genannten britischen Patentschrift beschriebenen

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    Art, bei denen die zu dem pn-Übergang gehörige Verarmungszone an die Oberfläche grenzt, die mit Hilfe einer derartigen kalten Kathode erzeugten Elektronen eine Energieverteilung aufweisen, die namentüch für den Gebrauch in einer Aufnahmeröhre nicht optimal ist. Die ausgelösten Elektronen weisen nämlich keine genau definierte Elektronentemperatur auf; die Energieverteilung der emittierten Elektronen weist jedoch neben einer scharfen Spitze, die von dem Strom durch den pn-Übergang und der Spannung an der Beschleu-nigungselektrode abhängig ist, eine zweite breite Verteilung von Energiewerten auf. Eine derartige unscharfe Energieverteilung beeinflusst die vorgenannte Abnahmekurve des Strahls in ungünstigem Sinne.

    Die Form der Energieverteilung lässt sich vermutlich als aus zwei Verteilungen aufgebaut erklären. Die breite Verteilung wird dabei dadurch erhalten, dass Elektronen heraustreten, die bereits im Verarmungsgebiet genügend Energie erhalten, um die Elektronenaustrittsarbeit zu überschreiten, und dadurch an verschiedenen Punkten der Oberfläche mit verschiedenen Potentialen heraustreten. Dagegen wird die schmale Spitze im wesentlichen dadurch erhalten, dass Elektronen heraustreten, die die ganze Verarmungszone durchlaufen haben und aus dem leitenden Teil der n-leitenden Zone heraustreten, die an der Oberfläche ein nahezu konstantes Potential aufweist.