DE1246898B - Verfahren zum Herstellen eines metallischen duennen Gitters fuer elektronische Festkoerperbauelemente - Google Patents

Description

DEUTSCHES #n PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-41/00

Nummer: 1 246 898

Aktenzeichen: J 23809 VIII c/21 g

1 246 898 Anmeldetag: 1. Juni 1963

Auslegetag: 10. August 1967

Die Patentanmeldung J 23808 VIII c/21 g hat ein transistorartiges aktives Festkörperbauelement mit drei Elektroden zum Gegenstand. Ähnlich wie bei Elektronenröhren (Trioden) übernimmt ein Steuerorgan mit gitterartiger Struktur die Steuerung des Ladungsträgerflusses zwischen einem Emitter (Elektronenquelle) und einem Kollektor (Anode). Ein solches Bauelement geht von einer an sich bekannten Struktur dünner Schichten aus und eröffnet die Möglichkeit, durch Einhalten bestimmter Relationen bezüglich der Dicke der beiden benutzten dielektrischen Schichten die Elektronenquelle vermöge eines Injektionsprozesses durch den Lawineneffekt zu realisieren. Der Aufbau des Festkörperverstärkerelements als eine Folge von leitenden und nicht leitenden Schichten, die mittels der bekannten Technologie dünner Schichten hergestellt werden, macht eine weniger als IOOAE dünne gitterartige metallisch leitende Ebene als Steuerorgan erforderlich.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung derartiger Gitterstrukturen, insbesondere auf solche, welche sich zu ihrer Herstellung der Technologie dünner Schichten bedienen. Ein für den genannten Zweck brauchbares Steuerorgan kann durch ein Vakuumdampfverfahren hergestellt werden. Ein Steuergitter einer solchen Verstärkeranordnung mit drei Elektroden besitzt in der Regel eine Dicke von 100 AE oder weniger. Bei der Herstellung derartiger Gitterstrukturen ist es außerordentlich schwierig, diese geringen Maße einzuhalten. Man so hat herausgefunden, daß eine derartige Gitterstruktur zweckmäßigerweise folgende Bedingungen erfüllen sollte:

1. Die Gitterstruktur sollte nach Möglichkeit genügend große Aperturen besitzen, um eine mögliehst hohe Stromdichte mit einem Minimum an Trägerverlust am Gitter vorbeizuführen.

2. Die Gitterstruktur sollte möglichst gleichförmig sein zur Sicherstellung eines gleichförmigen elektrischen Feldes über die gesamte Gitterebene.

3. Die vom Gitter verursachte Emission, oder Trägerinjektion sollte vernachlässigbar klein sein.

4. Die Gitterstruktur sollte vereinbar mit der Technologie der dünnen Schichten herstellbar sein.

Die genannten Forderungen lassen sich dadurch erfüllen, daß man auf dem Substrat, auf welchem das Gitter hergestellt werden soll, auf der Oberfläche eine Suspension aufbringt, welche aus in Wasser aufgelösten Polystyrolkugeln besteht. Läßt man nun im Verfahren zum Herstellen eines metallischen
dünnen Gitters für elektronische
Festkörperbauelemente

Zusatz zur Anmeldung: J 23808 VIII c/21 g —
Auslegeschrift 1 244 310

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Rudolf Eduar Thun, Poughkeepsie, N. Y.;

Edward Stanley Wajda,

Kingston, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. Si. v. Amerika vom 1. Juni 1962 (199 450)

Hochvakuumaufdampfverfahren den Dampf eines Metalls gegen diese Fläche strömen, so entsteht durch den Schatteneffekt der genannten Kugeln die gewünschte Gitterstruktur. Die Polystyrolkügelchen werden nunmehr durch chemische Mittel gelöst und im Zuge eines Reinigungsverfahrens entfernt. Nach diesen Arbeitsvorgängen bleibt eine dünne metallische Schicht zurück, welche eine Dicke von einigen Angstrcmeinheiten besitzt und welche elektrisch homogen ist, wobei die genannten Aussparungen die gewünschte Gitterstruktur darstellen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für extrem dünne Gitterstrukturen anzugeben, die insbesondere als Steuerorgane für aktive dünnschichtige Festkörperelemente brauchbar sein sollen. Wie die Herstellung der genannten Festkörperelemente soll auch das Herstellungsverfahren für die Gitterstruktur sich der Technologie der dünnen Schichten bedienen.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Mischung aus Methylalkohol und Polystyrol auf die erste isolierende Schicht aufgebracht wird, daß

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Claims (1)

1. durch das nach Verdampfen des Methylalkohols in teilweise zusammengeballten Kugeln statistisch verteilt zurückbleibende Polystyrol eine Maske gebildet wird und daß durch diese Maske hindurch eine metallische Schicht im Vakuum aufgedampft wird, so daß nach Auflösung oder Auswaschung des Polystyrols die metallische Gitterstruktur von der Dicke einiger molekularer Schichten übrigbleibt.

   Weitere Einzelheiten des Erfindungsgedankens ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Zeichnungen.

   Das in der Zeichnung gezeigte Substrat 2 besteht aus einer dielektrischen Schicht und stellt die Koilektorregion des Festkörperbauelementes dar. Die relative Konzentration von Wasser und dispergierendem Mittel kann sehr verschieden sein. Man bringt eine Mischung von 0,04 ml der genannten Polystyrollösung mit 1 ml Methylalkohol auf die Oberfläche des Substrats 2 auf und wartet bis der Methylalkohol verdampft ist. Es verbleiben dann auf der Substratoberfläche in willkürlicher aber statistisch gleichförmiger Verteilung Polystyrolkugeln mit einem Durchmesser von 800 bis 880 AE. Kugelförmige Polystyrollatexdispersionen sind im Handel in verschiedenen Durchmessern zu erhalten. Die Größe des gewählten Durchmessers hängt von der Feinheit der gewünschten Gitterstruktur ab. In manchen Fällen reichen die Adhäsionskräfte dieser kleinen Kügelchen 4 aus, um genügend fest auf dem Substrat 2 zu haften, auch wenn mittels eines Vakuumaufdampfverfahrens Metall über die genannten Kugeln aufgedampft wird. Zur Erhöhung der Adhäsionswirkung wird man gelegentlich von chemischen Bindemitteln Gebrauch machen, welche der Lösung der Polystyrolkugeln im Methylalkohol beigesetzt werden. Auch kann eine elektrostatische Aufladung der Polystyrolkügelchen 4 angewendet werden, um die Anziehung zwischen ihnen und dem Substrat zu erhöhen. Nach dem Verdampfen des Methylalkohols bilden die Polystyrolkügelchen gewisse Anhäufungen von Gruppen zu ein, zwei, drei oder vier Kügelchen an jeweils einer gegebenen Stelle. Große statistische Schwankungen in der Größe dieser Gruppen treten aber nicht auf. Nunmehr werden das Substrat 2 und die aufgebrachte Schicht aus Polystyrolkügelchen in eine Vakuumkammer eingebracht und unterhalb einer Verdampfungsquelle 6 angeordnet. Diese besteht in der Regel aus einem Heizfaden. Das zur Erzeugung der dünnen Gitterstruktur verwendete Metall wird auf diesen aufgebracht und verdampft. Bei dem Aufdampfungsprozeß selbst wirken die Kügel-

   chen4 als Masken, so daß auf der Oberfläche des Substrats nur an den mit 8 bezeichneten Stellen eine dünne Metallschicht von weniger als 1 μ Dicke erzeugt wird.

   Nach Beendigung des Aufdampfprozesses werden die Polystyrolkügelchen durch Auflösung in Toluol entfernt bzw. ausgewaschen. So erhält man schließlich eine dünnflächige leitende Schicht mit geeigneten Aperturen in einer Dickenausdehnung von 1 μ oder weniger, die als Gitterstruktur für Festkörperverstärkervorrichtungen geeignet ist.

   Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines dünnflächigen metallischen, als Steuerelektrode wirkenden Gitters für ein elektrisch verstärkendes Bauelement mit dünnen isolierenden Festkörperschichten, bei dem auf eine isolierende Trägerschicht eine metallische, als Sammelelektrode wirkende Schicht und darauf eine erste isolierende Schicht aufgebracht ist, an die sich eine dünne metallische, als Steuerelektrode wirkende Schicht mit gitterförmiger Struktur anschließt, worauf weiterhin eine zweite isolierende Schicht und abschließend eine metallische, Elektronen injizierende Schicht folgen, und daß die Dicke und die Eigenschaften der zweiten isolierenden Schicht so gewählt sind, daß die Dicke ein Vielfaches der freien Weglänge der Elektronen in dieser zweiten isolierenden Schicht beträgt, daß die Dicke und die Eigenschaften der ersten isolierenden Schicht so gewählt sind, daß die Dicke kleiner als eine freie Weglänge der Elektronen dieser ersten isolierenden Schicht ist, nach Patentanmeldung J 23808 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Methylalkohol und Polystyrol auf die erste isolierende Schicht aufgebracht wird, daß durch das nach Verdampfen des Methylalkohols in teilweise zusammengeballten Kugeln statistisch verteilt zurückbleibende Polystyrol eine Maske gebildet wird und daß durch diese Maske hindurch eine metallische Schicht im Vakuum aufgedampft wird, so daß nach Auflösung oder Auswaschung des Polystyrols die metallische Gitterstruktur von der Dicke einiger molekularer Schichten übrigbleibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschriften Nr. 500 342, 500 344;
   schweizerische Patentschrift Nr. 307 776;
   »Proc. IRE«, Juni 1962, S. 1462 bis 1469.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen