IT8224056A1 - Dispositivo semiconduttore per l'emissione di elettroni e apparecchiatura comprendente tale dispositivo semiconduttore - Google Patents

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

PIIB 32 8 29

4/688 37 ve .

Descrizione dell ' invenzione avente per titolo :

,,H DISPOSITIVO SEMICONDUTTORE PER L 'EMISSIONE DI

ELETTRONI E APPARECCHIATURA COMPRENDENTE TALE DISPO=

SITIVO SEMICONDUTTORE ""

a nome: N .V .Philips' Gloeilampenf abrieken

a: Eindhoven (Paesi Bassi)

di nazionalit? Paesi Bassi ed elettivamente domiciliata a tutti gli effetti di Legge a Milano ?

Via Dogana,! - presso il mandatario Ufficio Brevetti

Ing. C. Gregorj -- 3 NOV. 1982

(Deposit . il NO. 24056 A/ 82

-oo-

RIASSUNTO

Una sorgente di elettroni , presentante ima buona efficienza di emissione degli elettroni ,

comprende un corpo di silicio (IO) , o di altro mate_

riale semiconduttore , presentante una prima regione M OIOIO oactirr, I G GGROREJgn.. (3) , a conduttivit? di tipo n , separata da una seconda regione (2) a conduttivit? di tipo n o di tipo ?,

per mezzo di una barriera. La barriera pu? ' essere rappresentata da una giunzione ?-n fra la regione (2)

a conduttivit? di tipo ? e la regione (3) a conduttivit? di tipo n , oppure pu? ' essere rappresentata da una

regione (l) , a conduttivit? di tipo ?, formante giun_

zioni con le regioni a conduttivit? di tipo n

(2 e 3). Per mezzo di opportune connessioni elet?

trodiche (13 e 12) facenti capo alla prima regione

ed alla seconda regione (3 e 2), viene applicata

una differenza di potenziale ai capi della barriera,

in modo tale da polarizzare positivamente la prima

regione (3) rispetto alla seconda regione (2) e

stabilire quindi un alimentatore di elettroni forte_

mente eccitati (24) che vengono iniettati dalla se_

conda regione (2), attraverso la barriera nella prima regione (3)? Questi elettroni, fortemente eccita_

ti (24) vengono emessi nello spazio libero (20) da

un?area superficiale (4) del corpo (10) il quale pu??

c e essere dotato di uno strato di rivestimento di cesio

(14) per ridurre il valore del lavoro di estrazione

degli elettroni? Una regione superficiale (5) che pu?' essere impoverita anche ad una tensione di polarizzazione zero, risulta adiacente all?area superficiale

(4) e la stessa comporta una concentrazione di droganti di tipo ? utilizzati per la formazione, nel

corpo (10) di un picco di potenziale, distanziato

dall?area superficiale (4) dalla quale vengono emessi

gli elettroni fortemente eccitati (24), in modo tale

da fornire un campo adiacente di deriva (15) in gra_

do di accelerare gli elettroni (24) verso quest'area superficiale (4), in modo tale da favorire l'emissione elettronica. Le sorgenti di elettroni possono venire impiegate in tubi a raggi catodici, in dispositivi

di visualizzazione ed anche in apparecchiature lito_ grafiche, di tipo elettronico.

Figura 2.

DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo semiconduttore per Immissione di

un flusso di elettronit comprendente un corpo semiconduttore presentante una prima regione di tipo n im 2 O ? 0 ed una seconda regione, separate, relativamente ,per s ac n 0 mezzo di una barriera includente una giunzione ?-n o , ? c* disposta fra la prima regione e la seconda regione e ? ?* connessioni elettrodiche facenti capo alla prima re__

gione ed alla seconda regione, per applicare una differenza di potenziale ai capi della barriera, in modo

tale da polarizzare positivamente la prima regione

rispetto alla seconda regione e stabilire in tal modo un?alimentazione di elettroni fortemente eccitati che

vengono iniettati dalla seconda regione attraverso

a

la barruera nella prima regione ed emessi da un?area superficiale del corpo?

L?invenzione si riferisce pure ad una apparecchiatura presentante un dispositivo semicondutto

re di questo tipo.

Un dispositivo semiconduttore di que_ sto tipo viene impiegato come sorgente di elettroni

per tubi a raggi catodici , dispositivi di ripresa

di immagini , dispositivi di visualizzazione o per

litografia elettronica.

Nel brevetto del Regno Unito No .830 .08 6

e* stato descritto un dispositivo semiconduttore

del tipo precedentemente indicato.

Nelle forme principali descritte in

GB-A 830.086 , la seconda regione presenta una condut

? io O a tivit? di tipo ? mentre la barriera e ' formata da <9

D Q

una singola giunzione p-n formata fra la seconda

regione di tipo ? e la prima regione di tipo n.

Questa singola giunzione ?-n viene polarizzata

in senso inverso , in modo tale da operare in una

regione di rottura a valanga per mezzo dell'applica?

zione di una differenza di potenziale , di valore sufficientemente elevato , fra le connessioni elet_

trodiche , facenti capo alla prima regione ed alla

seconda regione . In tutti i casi descritti , l 'area superficiale del corpo , dalla quale vengono emessi

gli elettroni fortemente eccitati , e ' costituita da

una superficie della prima regione a conduttivit?

di tipo n. Questa regione superficiale di tipo n

viene rivestita di un materiale in grado di ridurre

il valore del lavoro di estrazione degli elettroni?

Malgrado questo rivestimento , la regione superi icia^

le di tipo n presenta un* af finit? elettronica effettiva di valore sufficien temente elevato e , in

pratica, e* stato riscontrato che , malgrado l?acquisizione di una elevata energia cinetica nella rottura a val anga, soltanto una percentuale molto bassa, normalmente molto inferiore all ?io , degli elettroni forte__

mente eccitati , pu?* venire emessa nello spazio

libero? La maggior parte degli elettroni fortemente

eccitati , iniettati nella prima regione , a condutti__

vit? di tipo n subisce una riflessione , in accordo

con la meccanica quantistica , in corrispondenza del con

fine del corpo che coincide con l?area superficiale?

La presente invenzione e? basata sul ???? onisTT ?t?i riconoscimento del fatto che la probabilit? che GORJ GRE C Ign.. gli elettroni fortemente eccitati , riflessi , all*in_

dietro , nella prima regione a conduttivit? di tipo n, dall?area superficiale del corpo semiconduttore , pu?*

venire diminuita formando , entro il corpo , adiacentemente a quest?area superficiale , un intenso campo

elettrico per l 'accelerazione degli elettroni forte__

mente eccitati , verso detta area superficiale e del

fatto che per mezzo dell'adozione di una concentrazione di droganti, di tipo ?, in una regione superficiale molto sottile, questo campo pu?* venire

incorporato nel dispositivo semiconduttore , allo

scopo di favorire l'emissione degli elettroni fortemente eccitati, dall'area superficiale, senza interferire con il meccanismo per l'iniezione degli elet__

troni fortemente eccitati, nella prima regione di

tipo n e senza aumentare, in misura significativa,

la dispersione degli elettroni fortemente eccitati, nel

loro passaggio verso l'area superficiale.

Un dispositivo semiconduttore conforme

e oc all'invenzione , e* quindi caratterizzato dal fatto

che il corpo comprende una regione superficiale di O) c tipo ?, adiacente all'area superficiale dalla quale vengono emessi gli elettroni fortemente eccitati ed utilizzata per formare, fra la prima regione

di tipo n e detta area superficiale, un picco di

potenziale che risulta distanziato da detta area superiiciale ,in modo tale che nel corpo semiconduttore,

possa venire prodotto un campo di deriva in grado

di accelerare gli elettroni verso detta area super_

ficiale.

In un dispositivo semiconduttore, gli elettroni fortemente eccitati, iniettati nella prima

regione di tipo n, possono sormontare il picco di

potenziale della regione superficiale di tipo ]>,

senza una riflessione significativa, dal punto di

vista della meccanica quantica , poich?* questo picco rientra nel corpo per il fatto che risulta distanziato dal confine del corpo corrispondente all *area superficiale. Dopo l'attraversamento di questo picco , gli elettroni fortemente eccitati subiscono l'effetto accelerante del campo di deriva, in

una direzione verso l 'area superficiale . Pertanto ,

quantunque nell'attraversamento della prima regione

di tipo n, gli elettroni fortemente eccitati possano ottenere un' ampia distribuzione del momento , per

effetto della dispersione nella prima regione , questo

campo accelerante di deriva aumenta la componente media del loro momento e dell 'energia, perpendicolarmente all'area superficiale. Questo riduce la proba_ F EFIGIA ?MEETVt. bilit? della riflessione meccanica quantica in corri_ > C GGOUREEng.. spondenza del confine del corpo che corrispondente

con l 'area superficiale , favorendo l'emissione

degli stessi , L 'invenzione permette quindi di migliora

re l'efficienza di emissione degli elettroni forte__

mente eccitati , dall 'area superficiale , senza interferire con il meccanismo della prima regione e della

seconda regione , per l ' iniezione degli elettroni forte

mente eccitati, nella prima regione a conduttivit?

di tipo n? Ottimizzando gli spessori e le concentrazioni dei droganti delle varie regioni ed attivando

la superficie con un determinato materiale costituito,

ad esempio, da cesio, per ridurre il valore del

lavoro di estrazione degli elettroni, le sorgenti di

elettroni presentanti questi campi di deriva della

regione superficiale, possono presentare efficienze

di emissione di valore cos? elevato per cui pi? dell?io degli elettroni fortemente eccitati, iniettati

nella prima regione a conduttivit? di tipo n, pu?*

venire emesso dall'area superficiale?

Deve essere rilevato che sono note sorgenti di elettroni comprendenti una giunzione ?-n

o c formata in un corpo semiconduttore , a conduttivit?

d? tipo n per mezzo di una regione adiacente alla

superficie, presentante una conduttivit? di tipo ?

e fatte funzionare con una polarizzazione diretta, per

mezzo di un'applicazione di una differenza di poten__

ziale fra le connessioni elettrodiche facenti capo

alla regione di tipo ? ed alla porzione del corpo

di tipo n. Queste note sorgenti di elettroni sono

state descritte, ad esempio, nel brevetto U.K.

No?1 ?147?883 (riferimento della Titolare:PHN 826)?

Gli elettroni vengono iniettati dalla porzione del

corpo , di tipo n, attraverso la giunzione ?-n , polarizzata in senso diretto , nella regione di tipo

? presentante uno spessore inferiore alla lunghezza

di ricombinazione , nella diffusione , degli elettroni , nel materiale di tipo ? e rivestita di un mate_

riale in grado di ridurre il valore del lavoro di

estrazione degli elettroni. Questi elettroni si dif_

fondono attraverso la regione a conduttivit? di

tipo ? mentre parte degli stessi emergono dall?area superficiale rivestita di questa regione.

Queste sorgenti di elettroni , a giunzione ? ? 3 O U ?t o iS ?-n, polarizzata in senso diretto , sono note con ? oc a 0 l?espressione "catodi ad affinit? elettronica nega_

tiva" , poich?' per mezzo di una scelta appropriata

della combinazione del materiale di rivestimento e

del materiale semiconduttore , e* possibile sopprimere , effettivamente , l ' affinit? elettronica della regione

di tipo ?. Tuttavia, in pratica , per ottenere una

notevole diminuzione nell'aff init? elettronica , il

materiale semiconduttore dovrebbe presentare una banda proibita, vale a dire un "band gap" pi? ampia di

quella del silicio. Pertanto , per queste sorgenti di

elettroni vengono impiegati l ?arseniuro di gallio ,

il fosfuro di gallio ed altri materiali presentanti

un valore pi? ampio della banda proibita. Gli elet

troni iniettati presentano soltanto un basso valore dell'energia c ine tica, mentre la corrente di emis_

sione viene limitata dalla ricombinazione dei porta

tori che si riscontra nella regione di tipo ?? La minimizzazione dello spessore della regione di

tipo ?, per ridurre gli effetti della ricombinazione , viene complicata dalla necessit? di sta_

bilire un buon percorso di circolazione della corrente nella regione di tipo ? e di ima connessione elettrodica separata, per scopi di polarizzazione.

Deve essere rilevato che e1 indesiderabile un

drogaggio molto elevato per la regione a conduttivit? di tipo ? per minimizzare gli effetti della ricombinazione nella regione di tipo ? e per mantenere una elevata efficienza di iniezione in corrispondenza della giunzione ?-npolarizzata in

senso diretto . Tuttavia, gli elettroni iniettati ????IO ???FFCI U? costituiscono i portatori minoritari nella regione G GGOSURE Ign., di tipo ? e , pertanto , la frequenza di commutazione di queste sorgenti di elettroni risulta bassa a causa degli effetti dell'accumulo dei portatori minoritari , inoltre , il rivestimento ottenuto

con l'impiego di un materiale per la riduzione del

valore del lavoro di estrazione degli elettroni

viene perso lentamente , durante il funzionamento

della sorgente di elettroni , con conseguente

limitazione della vita attiva della sorgente?

Per contrasto con queste note sorgenti ad affinit? elettronica negativa, l 'invenzione in ogget__

to fornisce una sorgente di elettroni nella quale

gli elettroni fortemente eccitati , diretti verso

la superficie , vengono generati con elevata energia cinetica per mezzo di una polarizzazione inversa della barriera fra la prima regione e la se__

conda regione ed in modo tale da consentire l *ot_

tenimento ed una buona efficienza di emissione

degli elettroni anche in presenza di una barriera superficiale ed utilizzando come materiale semiconduttore , il silicio. Gli elettroni fortemente

eccitati presentano una lunghezza caratteristica,

per la perdita di energia, sostanzialmente maggiore

del loro percorso libero medio nel materiale semi- P OPI8I0 BftE&nV.

I C CRE60aing.. conduttore e , pertanto , gli stessi possono attra_

versare , praticamente senza perdite , la prima

regione di tipo n e la regione superficiale pre_

sententi uno spessore dell 'ordine del percorso

libero medio. La concentrazione dei droganti di

tipo ? nella regione, superficiale fornisce una distribuzione vantaggiosa del campo che favorisce l'emissione dall'area superi iciale , secondo quanto precedentemente descritto , mentre questa regione

superficiale di una sorgente di elettroni conforme all'invenzione non richiede tuia connessione elet__ trodica separata, mentre la stessa pu?' essere realizza ta di uno spessore molto ridotto in modo tale

da risultare impoverita entro l'intero spessore

della stessa, almeno durante il f unzionamento dells

sorgente di elettroni. Pertanto , le sorgenti di

elettroni conformi all'invenzione , possono presentare effetti trascurabili di immagazzinamento

dei portatori minoritari e , di conseguenza, pos 3

*? ? 41 ? so caratterizzarsi per una elevata velocit? di ? U oc ? 0 commut az ione ? I d ?> In sorgenti di elettroni realizzate in confor ? c mit? ai principi della presente invenzione , lo

spessore della regione superficiale e* preferibilmente dell 'ordine del percorso libero medio degli elettroni , in modo tale da massimizzare l 'effetto

del campo superficiale nell'accelerazione degli

elettroni fortemente eccitati , nella direzione

dell'area superficiale, Pertanto , ad esempio , lo

spessore della regione superficiale pu?' essere

pari , al massimo , a 10 nanometri . Questa sottile

regione superficiale pu?* risultare impoverita entro l 'intero spessore della stessa, per mezzo dello

strato di esaurimento formato con detta prima re_

gione di tipo n anche con una polarizzazione di

valore pari a zero. In questo modo, e? possibile

ottenere un campo di deriva molto elevato , mentre

la sorgente di elettroni pu?' pure presentare una elevatissima velocit? di commutazione.

Quando la prima regione di tipo n presenta una concentrazione dei droganti di valore massimo, distanziata da detta area superficiale, ad esempio

per effetto di una impiantagione di ioni a conduttivit? di tipo n, la concentrazione dei droganti di s tipo ? pu?* venire ottenuta per incorporazione s a ? fra l'area superficiale e la concentrazione di

drogaggio di picco della prima regione di tipo n,

senza complicare, in misura significativa, il pro__

cesso di fabbricazione, o la configurazione della

prima regione e della seconda regione che genera^

no gli elettroni fortemente eccitati. Inoltre, la

regione superficiale non richiede una connessione elettrodica separata e, pertanto, l'incorporazione

di questa regione superficiale, di tipo ? non

complica la configurazione delle connessioni elet_

trodiche. Questo risulta particolarmente vantaggioso

quando viene formata una schiera di sorgenti di

elettroni nello stesso corpo di materiale semi

conduttore ? Pertanto , la struttura formata dalla

regione superficiale , dalla prima regione e dalla

seconda regione , deve presentare , necessariamente ,

soltanto due connessioni elettrodiche , una delle

quelli e? connessa a detta prima regione , mentre

1* altra connessione e* connessa alla seconda

regione . Inoltre , la connessione elettrodica fa_

cente capo alla prima regione di tipo n pu?* pure

stabilire il contatto con una parte della regione superficiale Questo contatto di detta regione superficiale , pu?? essere ottenuto quando la connessione elettrodica alla prima regione di tipo n viene im*-piegata come una maschera durante 1* introduzione dei

droganti di tipo ?. Questo risulta vantaggioso per il

fatto che consente di semplificare il processo di fabbricazione della struttura.

Gli elettroni fortemente eccitati possono ????? ??????? ?? venire generati , nel corpo , per mezzo di una rottu__ C GORJREG Ign.. ra, vale a dire di un "breakdown" a valanga , o per

mezzo di una emissione di campo? Pertanto , detta

seconda regione pu?* presentare una conduttivit?

di tipo ? mentre la barriera fra la prima regione

e la seconda regione pu?1 essere formata dalla giun__

zione p-n che la seconda regione di tipo ? forma

con la prima regione di tipo n.

In accordo con i principi caratteristici

della presente invenzione, il drogaggio di tipo ?

che consente 1?ottenimento del campo di deriva, pu?' pure venire ottenuto in ima sorgente di elettroni in

grado di generare elettroni fortemente eccitati in corrispondenza di ima tensione operativa, o di lavoro,

al di sotto del livello critico necessario per la

rottura a valanga, ad esempio in accordo con quanto

descritto ? rivendicato nella domanda di brevetto

No .8133501 (riferimento della Titolare: PHB 32828)? Pertanto, detta seconda regione pu?1 presentare una conduttivit? di tipo n e pu?* essere separata dalla

a ^ prima regione di tipo n, per mezzo di una regione di

barriera presentante una concentrazione di droganti

di tipo ? formante giunzioni ?-n con la prima regione

di tipo n e con la seconda regione di tipo n.

In accordo con un secondo aspetto dell?invenzione, un?apparecchiatura comprendente un involucro sotto

vuoto, entro il quale pu?* essere appunto mantenuto

un certo grado di vuoto e comprendente un dispositivo semiconduttore costruito in conformit? ai principi

della presente invenzione, e* caratterizzata dal fat_

to che il dispositivo semiconduttore viene montato all?interno dell?involucro, detto dispositivo semicondut_

tore potendo emettere elettroni in ambiente sotto

vuoto , durante 11 f unzionamento dell' apparecchiatura? Quest'apparecchiatura pu?' essere costituita, ad

esempio , da un tubo a raggi catodici , da un dispositivo

di ripresa delle immagini , da un dispositivo di visualizzazione , da un'apparecchiatura per litograf?a

elettronica, per la fabbricazione di dispositivi a

stato solido , del tipo microminiaturizzato , o simili ?

Pertanto, dipendentemente dal tipo di apparecchiatu_

ra, il corpo semiconduttore pu?* comprendere una sin_

gola sorgente di elettroni , oppure una serie , o schiera di tali sorgenti di elettroni?

Queste ed altre caratteristiche dell'inven_ t m a O * 0 zione , risulteranno pi? evidenti dall' analisi della a p seguente descrizione dettagliata, riferita ad alcune s ? ? t di versioni specifiche della stessa, tale trattazione ? JE essendo considerata in unione ai disegni allegati,

nei quelli:

la figura 1 rappresenta una sezione di una parte

di un dispositivo semiconduttore costruito in conformit? ai dettami della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta un diagramma dei livelli energetici di un dispositivo semiconduttore ;

' la figura 3 rappresenta una sezione di una parte di un altro dispositivo semiconduttore costruito

in conformit? ai principi della presente invenzione;

e

la figura 4 rappresenta una vista laterale di

un tubo a raggi catodici includente un dispositivo

semiconduttore costruito in accordo con i principi

caratteristici della presente invenzione?

Deve essere sottolineato il fatto che tutte

le figure sono diagrammatiche e non disegnate in scala?

Le dimensioni e proporzioni relative di alcune parti

riportate nelle figure , sono state rappresentate in

forma notevolmente esagerata, o ridotta, per evidenti

ragioni di convenienza e di chiarezza di esposizione?

Vengono generalmente adottati gli stessi numeri di rife

rimento impiegati in una forma pratica realizzativa,

per contraddistinguere le varie parti corrispondenti

o similari in altre versioni dell ?invenzione.

Il dispositivo semiconduttore illustrato nella

figura 1 comprende un corpo semiconduttore lo , di silicio monocristallino , presentante una prima regione 3, SPPtfliO DflEtVTIk I C GREGORJnij.. a conduttivit? di tipo n, separata da una seconda re_

gione 2 del corpo 10 , per mezzo di una barriera 1 includente le giunzioni ?-n disposte fra la regione 1

di tipo ?, la prima regione 3 e la seconda regione 2 , rispettivamente . Pertanto , nell ?esempio attualmente

considerato , la barriera viene formata da una regione 1 presentante una concentrazione di droganti di tipo ?,

formante le due giunzioni ?-n con le regioni 2 e 3, rispettivamente, di tipo n. La sorgente di elettroni

presenta le connessioni elettrodiche 12 e 13 facenti

capo alle regioni 2 e 3f rispettivamente. Queste connessioni 12 e 13, formate da strati di metallo, sta_

bilenti un contatto ohmico con le regioni 2 e 3,

servono per applicare ima differenza di potenziale V

ai capi della barriera 1,in modo tale da polarizzare

la regione 3 positivamente rispetto alla regione 2

e stabilire quindi un?alimentazione di elettroni forte__

mente eccitati 24 i quali vengono iniettati dalla re__

gione 2, attraverso la barriera 1, nella regione 3*

? ^ B 0 con conseguente emissione degli stessi da un'area

superficiale 4 del corpo 10?

Nel dispositivo semiconduttore schematizzato

nella figura 1, la regione a conduttivit? di tipo ?

formante la barriera 1, stabilisce le giunzioni ?-n

con entrambe le regioni 2 e 3, a conduttivit? di tipo

n e la stessa presenta uno spessore ed una concentrazione di droganti tali da risultare impoverita di

di

lacune per effetto della fusione degli strati/impo?

verimento nella regione 1, almeno quando viene applica^

ta la differenza di potenziale V per stabilire l'ali__ mentazione di elettroni fortemente eccitati 24 con una energia sufficiente a vincere la barriera di potenziale

fra l'area superficiale 4 e lo spazio libero 20? Tut_

tavia, la regione 1 pu?* anche venire impoverita di

lacune mediante fusione degli strati di impoverimento

in condizioni di polarizzazione zero. Le sorgenti di

elettroni presentanti tali regioni a barriera 1, di

tipo esaurito, sono state descritte e rivendicate nella domanda di brevetto No?8133501 (riferimento della Titolare;PHB 32 828), alla quale viene fatto riferimento specifico per ulteriori informazioni.

In conformit? all?invenzione, il corpo 10 della sorgente di elettroni della figura 1, comprende

pure una regione superficiale 5 adiacente all?area -J a ? oC5 *? ? oc superficiale 4 dalla quale vengono emessi gli elettro a ni fortemente eccitati 24 e comprendente una concentra s d zione di droganti di tipo utilizzata per formare, o fra la prima regione 3? a conduttivit? di tipo n e

l'area superficiale 4, un picco di potenziale che, secondo quanto rappresentato nella figura 2, risulta

distanziato nel corpo di materiale semiconduttore,

dall'area superficiale 4,in modo tale da ottenere un

campo di deriva 15 per l'accelerazione degli elettroni

24 verso detta area superficiale 4? In questo modo e?

possibile ottenere una configurazione vantaggiosa

del campo in corrispondenza dell'area della zona superficiale 4? allo scopo di favorire l'emissione

degli elettroni fortemente eccitati 24 nello spazio

libero 20.

Nel dispositivo schematizzato nella figura 1,

la regione superficiale 5 e? presente in corrispondenza

di un?apertura, di configurazione anulare, nello stra_

to elettrodico 13. Questo strato elettrodico 13 (che

forma la connessione con la regione 3) pu?* pure contattare la regione superficiale 5, ad esempio attorno all?intera periferia della giunzione, fra le regioni

3*e 5? l?area superficiale 4 della regione 5 e* rive__

stita di una pellicola sottilissima 14 di un materiale

; a in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione

ad esempio, *i?8 UaJ degli elettroni, tale pellicola essendo costituita,/da a (5 s0 dt una pellicola di cesio. Nel caso di una superficie di

silicio 4? non rivestita e pulita, la barriera superficiale e' compresa fra 4 e 5 ev, mentre questa barriera

viene ridotta a circa 2 eV impiegando il rivestimento

14* operando in modo noto.

La figura 1 illustra tuia struttura particolarmente compatta, di bassa capacit?, per la sorgente di elettroni. Uno strato isolante 11 dotato di un'apertura, risulta affondato almeno per una parte del proprio spes__

sore nel corpo 10, in modo tale da formare almeno

una porzione 9 del corpo 1? delimitata, lateralmente,

dallo strato isolante affondato 11. Le regioni 1 e 3

vengono formate entro la porzione 9 e le stesse

sono delimitate , attorno al loro bordi , dallo stra_

to di isolamento 11? La connessione elettrodica 13

pu?* essere ottenuta, in modo affidabile , in corri_

spondenza della superficie superiore della porzione 9 ,

senza contattare la regione di barriera 11 , quantun__

que la stessa possa venire a contatto con la regione superficiale 5? Questa connessione elettrodica 13

pu?* estendersi al di sopra ed attraverso lo strato

di isolamento 11 , in modo tale da ottenere un'area

estesa di contatto alla quale possono essere unite le connessioni esterne , ad esempio sotto forma di fili*

La superficie superiore della porzione ad altipiano ,

o a "mesa" 9 , consente l 'ottenimento dell' area superficiale 4 dalla quale vengono emessi gli elettroni 24?

Nel dispositivo semiconduttore schematizzato nella figura 1 , la regione 2 pu? ' essere formata per ac-? ????? SRTTfcV? crescimento di uno strato epitassiale di tipo n I C GREGORJgn, di elevata resistivit? (n-) su di un substrato 2a,

a conduttivit? di tipo n, di bassa resistivit?? Il

substrato 2a provvede ad una connessione di bassa resistenza con lo strato di metallo 12 che pu?' esten_

dersi al di sopra dell'intera superficie posteriore

del substrato 2a? Questa disposizione del substrato

risulta particolarmente adatta per un dispositivo pre

sentante una singola sorgente di elettroni nel corpo IO? Tuttavia, questa disposizione pu?? pure venire

adottata per dispositivi presentanti una pluralit?

di queste sorgenti di elettroni, in un corpo comune 10

con una regione comune 2 ed una connessione elettrodica comune 12 ma con connessioni elettrodiche individuali e separate 13 per le varie sorgenti elet_

troniche individuali presentanti le regioni lndi_

viduali 1 e 3?

Verr? ora descritta la fabbricazione di ima

particolare versione di una struttura a sorgente

? 2 di elettroni del tipo schematizzato nella figura 1. z5 o Z ? et OuCi a Uno strato di silicio, drogato con fosforo presentante ?5 e , 5 ^ ima resistivit? pari, ad esempio, a 5 ohm-cm (cor?

E ? e 15

rispondente , approssimativamente , a IO atomi di

3

fosforo/cm ) ed uno spessore pari, ad esempio, a

5 micrometri, viene accresciuto epitassialmente,in

modo noto, su di un substrato di silicio 2a drogato

con fosforo presentante una resistivit? pari, ad

esempio, a 0,05 ohm-cm, ed uno spessore dell?ordine

di 240 micrometri, a titolo di esempio illustrativo.

Lo strato isolante 11 pu?* venire formato localmente

nella superficie principale dello strato epitassiale, adottando le note tecniche di ossidazione termica,

sino ad una profondit? sufficiente pari, ad esempio,

a 0 tl micrometri , o pi? , al di sotto della superficie del silicio ? La particolare profondit? scelta viene determinata dall 'altezza della porzione 9 necessaria

per alloggiare , in modo af f idabile , le regioni 1 ,

3 e 5 presentanti particolari spessori? Le regioni

1 , 3 e 5 possono quindi venire formate , nella por-9

zionq/J mediante impiantagione di ioni? Vengono

impiegati ioni boro con una dose pari, ad esempio ,

14 ?2

a 2 x 10 cm e con una energia pari , ad esempio ,

a 4,5 keV , per la formazione della regione 1? Gli

ioni arsenico , in una dose , pari , ad esempio ,

14 ?2

a 5 x 10 cm e , con una energia di 10 keV, pos E a : ? sono venire impiantati in modo tale da formare la B ?

D O

regione 3, a conduttivit? di tipo n. Una impianta i o gione localizzata di ioni boro in una dose pari , ad

13 ?2

esempio, a 7,5 x 10 cm e con una energia pari ,

ad esempio , a 0 ,8 keV, viene adottata per formare

la regione superficiale 5 ? a conduttivit? di tipo ?.

Questa seconda impiantagione ionica pu?? venire lo_

calizzata provvedendo dapprima lo strato elettrodico

13 in modo tale che lo stesso possa operare come

una maschera per 1' impiantagione. Per questo scopo,

lo strato elettrodico , ? . ^ ^

13 pu?* essere costituito ,

ad esempio , da silicio policristallino a conduttivit? di tipo n. Dopo la ricottura delle parti im?

piantate ad una temperatura pari, ad esempio , a

700?Cf in ambiente sotto vuoto, viene previsto lo

strato di metallo 12 costituito , ad esempio , da

alluminio, per formare la connessione elettrodica

per il substrato 2a, mentre l'area superficiale 4

viene dotata,in modo noto di uno strato di rivestimento 14?

Le caratteristiche ottenute per il dispositivo semiconduttore dipendono dalla concentrazione dei

droganti attivi e delllo spessore infine ottenuto per

ognuna delle regioni 1, 3 e 5? tali fattori di 2

?I ? pendendo dalle fasi di impiantagione e dalle condi ?Al8

0 0 zioni di ricottura adottate? In una sorgente di

elettroni fabbricata in conformit? a quanto pre i1dc? o JB cedentemente descritto, e* stato stimato che la regione 3 presenti uno spessore di 25 nanometri ed

una concentrazione di droganti attivi pari a

20 ?3

5 x 10 cm , il cui picco e? stato stimato come verificantesi a circa 12 nanometri dalla superficie 4? Per effetto dell'adozione di questa piccola profondit?, per la regione 3* la perdita di energia

per gli elettroni 24, nella regione 3 viene mante_

nuta ad un basso valore, aumentando in tal modo la probabilit? di emissione degli elettrodi dall'area superficiale 4? Quegli elettroni che non vengono

emessi dall ?area superficiale 4 vengono estratti

attraverso la connessione elettrodica 13* Per mezzo

di questa elevata concentrazione dei droganti ,

malgrado il suo piccolo spessore , la regione 3 , a conduttivit? di tipo n, presenta una resistenza

elettrica sufficientemente bassa per una rapida modulazione del flusso elettronico emesso* E ? stato

stimato che la regione di barriera 1 presenti uno

spessore pari , all' incirca, a 50 nanometri ed una

18 ?3 concentrazione di droganti pari a 2 x 10 cm ,

con conseguente possibilit? di ottenimento di una ? g ? ? barriera di potenziale pari , all ?incirca a 4 volt ? 2 e ae B O

per il flusso elettronico dalla regione 2 alla regione 3* La risultante regione di barriera 1 non ri ?a c sulta impoverita, o esaurita, entro una parte del

proprio spessore per mezzo degli strati di impoverimento formati con le regioni 2 e 3 , a conduttivit?

di tipo n, in corrispondenza di una tensione di polarizzazione pari a zero? L?appiicazione di tuia differenza di potenziale V almeno pari ad un?ampiezza minima prestabilita, e? necessaria per ampliare questi

strati di esaurimento entro l ?intero spessore della

regione 1. E? stato stimato che la regione superficiale 5 pu? ' presentare uno spessore pari , all ?incir?

ca, a 7 ,5 nanometri , ed una concentrazione di droganti

19 ?3

attivi pari a 5 x 10 cm f con possibilit? di ottenimento di un picco di potenziale pari a 0,7 eV distanziato di circa 5 nanometri dalla superficie di silicio 4 e con un campo elettrico medio 15 pari a 2 x 10^ volt ??-^? La risultante regione superficiale 5 risulta sostanzialmente impoverita anche con una polarizzazione nulla? Una sorgente di elettroni di questo tipo pu?* operare con una tensione V pari, all1incirca, a 4 volt.

La figura 2 costituisce un diagramma illustran_ te l'andamento del potenziale e dell'energia degli elettroni, preso attraverso la sorgente di elettroni nel corrispondente spazio libero , con una ten__ sione di polarizzazione V applicata fra le connes__ sioni elettrodiche 12 e 13 e con la sorgente di elettroni polarizzata come un catodo, in un bulbo sotto vuoto? La regione di barriera 1, secondo quanto illustrato, risulta impoverita per mezzo degli stra__ ti di esaurimento associati alle giunzioni p-n formate con le regioni 2 e 3? a conduttivit? di tipo ?? Il sottile rivestimento 14* formato sull'area superficiale 4, e' stato illustrato sotto forma di uno strato superficiale a dipolo,in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni. La concentrazione dei droganti di tipo p, della regione superficiale 3, si traduce in una vantaggio^

sa configurazione del campo elettrico adiacentemente all'area superficiale 4, secondo quanto rappresentato nella figura 2? La regione superficiale 5 introduce un picco di potenziale che risulta distanziato

dall'area superficiale 4 e che pu?' venire incrociato dagli elettroni fortemente eccitati, senza notevole riflessione, poich?? questo picco rientra nel

corpo anzich?' coincidere con una superficie di confinamento del corpo. Dopo l'attraversamento del

picco, gli elettroni fortemente eccitati 24 subiscono l'azione del campo di deriva, o di spostamento 15? ?B ?S in una direzione verso l'area superficiale 4? in

modo tale da assistere l'emissione degli stessi at_ traverso questa regione limite del corpo e nello

spazio vuoto 20.

Questa regione superficiale 5? in conformit?

all 'invenzione, pu?' venire incorporata in varie

e differenti strutture costituenti sorgenti di elet_

troni fortemente eccitati ed in tipi differenti di sorgenti di elettroni eccitati, che utilizzano un differente meccanismo di iniezione. Pertanto, una

questo

regione superficiale 5? di/tipo, pu?' venire incorporata in una forma che devia dal tipo di dispositivo semiconduttore illustrato nelle figure 1 e 2 ed in cui

lo strato di isolamento 11 non risulta affondato

nel corpo lo entro una certa profondit? delle regioni

1 , 3 e 5 poich?? , al contrario , le giunzioni ?-n

fra le regioni 2 e 1 e fra le regioni 1 e 3 , vengono portate verso la superficie superiore del corpo

10, per mezzo di una regione anulare e profonda di

conf ine , di tipo ?, la quale non risulta completamente esaurita anche durante il funzionamento della

sorgente . In questo caso , la regione 3 , a conduttivit?

di tipo n, pu?* venire contattata attraverso una pro : a fonda regione anulare di conf ine , di tipo n, presen__ ;8 n ? te nella regione di confine , a conduttivit? di tipo

5 U ?? Questa modifica adotta lo stesso meccanismo di ? ? iniezione da una regione 2 , a conduttivit? di tipo n, attraverso una regione a barriera, di tipo ?, indicata dal numero di riferimento 1 , e nelle regioni

3 e 5, rispettivamente.

La figura 3 illustra un tipo differente di

sorgente di elettroni fortemente eccitati , come ulteriore forma pratica realizzativa della presente

invenzione. In questo caso , la concentrazione di

droganti di tipo ?, formanti la regione superficiale

esaurita 5t risulta incorporata in una prima regione

3 , a conduttivit? di tipo n separata da una seconda

regione 2 , a conduttivit? di tipo ?, per mezzo di una

barriera formata da una singola giunzione ?-n 21?

Il substrato 2a risulta costituito da silicio, fortemente drogato, a conduttivit? di tipo ?, sul quale

viene accresciuto uno strato epitassiale di silicio 2,

a conduttivit? di tipo ?, nel quale vengono formate

la regione 3 a conduttivit? di tipo n e la regione superficiale 5, ad esempio mediante impiantagione di

ioni. Prima della formazione delle regioni 3 e 5, viene formata una regione profonda 23, di tipo n, nello

strato epitassiale, ad esempio per mezzo di un processo di diffusione di droganti? La regione 23, di tipo

n, e* costituita da una regione anulare di confine ? -Il la quale consente di portare la giunzione ?-n 21 ? <?> (fra le regioni 2 e 3) verso la superficie superiore

per la

del corpo 10, stabilendo una regione di contatto/con

nessione elettrodica 13? La porzione centrale della

giunzione ?-n, formata dalla regione 3, di tipo n,

presenta una tensione di rottura, o di "breakdqwn" di

valore inferiore rispetto a quella associata alle porzioni periferiche di detta giunzione ??n formata dalla regione 23 a conduttivit? di tipo n?

La concentrazione dei droganti delle regioni 3

e 2 pu?' venire sc?lta,in modo noto, in maniera tale

che la rottura della giunzione 21, polarizzata in senso inverso, possa verificarsi per ionizzazione a valanga.

Applicando una tensione V , di valore appropriato ,

fra le connessioni 12 e 13, per polarizzare positiva_

mente la regione 3 rispetto alla regione 2, la rottu_

ra della porzione centrale della giunzione 21 si traduce in un'alimentazione di elettroni fortemente eccita_

ti 24, iniettati nella regione 3# La configurazione

del campo, derivante dalla concentrazione di drogan_

ti di tipo ? della regione superficiale 5, favorisce l'emissione di questi elettroni fortemente eccitati 24, dall'area superficiale 4t in accordo con

i principi caratteristici della presente invenzione.

Pertanto, come descritto nelle versioni precedentemente i a 5 ?8Ut B tC analizzate, la regione 5 introduce, nella sorgente di a O a . elettroni rappresentata nella figura 3, un picco di 5 ^ potenziale distanziato dall'area superficiale 4* in

modo tale da ottenere un campo di deriva, o di spostamen

to, utilizzato per l'accelerazione degli elettroni 24

verso l'area superficiale 4? Una caratteristica di

questo tipo pu?' pure venire incorporata in differenti strutture con rottura a valanga descritte nella

U.K.

domanda di brevetto^(GB) 2054959A (riferimento della

Titolare: PHN 9532).

Le sorgenti di elettroni rappresentate nelle

figure 1, 2 o 3, in conformit? all'invenzione, pos_

sono venire incorporate come catodi freddi in varie

forme differenti di apparecchiature presentanti un

bulbo operante sotto vuoto? La figura 4 illustra un'apparecchiatura di questo tipo, rappresentata, a

titolo di esempio illustrativo, da un tubo a raggi

catodici? L*apparecchiatura rappresentata nella figura 4, comprende un tubo a vuoto 33 opportunamente

svasato e presentante una parete terminale rivestita

di uno schermo fluorescente 34 in corrispondenza della

propria superficie interna? Il tubo 33 risulta ermeticamente sigillato in modo tale da ottenere, nello

stesso, un ambiente sotto vuoto, indicato in 20. Nel t 3 tubo 33 sono disposti gli elettrodi di focalizza- a : ? a zione 25, 26 e gli elettrodi di deflessione 27 e 28? s ? d Il fascio elettronico 24 viene generato in una o a Ot o ? pi? sorgenti di elettroni realizzate in conformit?

ai principi della presente invenzione e situate nel

corpo semiconduttore 10? Il corpo 10 e* montato su

di una base 29 entro il tubo 33, mentre vengono sta_

bilite le varie connessioni elettriche fra gli strati

di metallo 12, 13 ed i piedini terminali 30 passanti attraverso la base del tubo 33? Questa*sorgenti di

elettroni costruite in conformit? ai principi della

presente invenzione, possono pure venire incorporate,

ad esempio, in dispositivi di ripresa delle immagini,

del tipo vidicon? Un'altra apparecchiatura possibile

e' costituita da un tubo di memoria, nel quale un

disegno di cariche, rappresentativo delle informazioni, viene registrato su di un bersaglio, per mezzo

di un flusso modulato di elettroni, generato dalla

sergente di elettroni del corpo 10, tale configurazione, o disegno di cariche venendo successivamente

l?tta per mezzo di un fascio elettronico costante

generato, preferibilmente, dalla stessa sorgente di

?ie ttroni,

E* possibile adottare le note tecnologie impie_

gate per la fabbricazione dei circuiti integrati al

: a silicio, per la realizzazione delle sorgenti di elet_ ?>? 8UJ *e Oet troni proposte dall?invenzione, sotto forma di una

?0 schiera,in un corpo semiconduttore comune. Questo

viene facilitato dalla semplice struttura di queste ?? sorgenti le quali richiedono soltanto le rispettive connessioni elettrodiche alle due regioni 3 e 2.

Pertanto,il corpo del dispositivo pu?* comprendere

una serie bidimensionale di queste sorgenti di elettroni, ognuna delle quali pu?? venire controllata in_

dividualmente , per regolare la propria emissione elet_

tronica individuale. La massa del corpo lo pu?' essere costituita da un materiale leggermente drogato, a conduttivit? di tipo opposto rispetto a quella delle

regioni 2 ed in cui le regioni 2 vengono formate come

Isole. Le sorgenti elettroniche individuali possono

venire collegate fra di loro secondo un sistema a bar_

re incrociate X-Y. Le regioni 3? a conduttivit? di

tipo n, in ogni direzione X della serie, o schiera,

possono presentare una connessione elettrodica comune

13(l), 13(2), e cos? via, che si estende nella dire_

zione X. Le isole che formano le regioni 2, possono

presentarsi sotto forma di strisce 2(l), 2(2), 2(3),

e cos? via, che si estendono nella direzione Y della

schiera, allo scopo di collegare fra di loro, in incisola comune, le regioni 2 delle sorgenti individuali di Z a ? O ? ? elettroni, in ogni direzione Y. Ognuna di queste e* Ece ? 0 strisce 2(1), 2(2), 2(3), e cos? via, pu?' presentare 0 l ? ti una connessione elettrodica 12(l), 12(2), 12(3) f e X ? c c cos? via. Le varie sorgenti individuali di elettroni

della schiera X-Y possono venire controllate mediante

selezione delle connessioni elettrodiche 12(l), 12(2),

e cos? via, e 13(l), 13(2), e cos? via, alle quali

vengono applicate le tensioni operative, o di lavoro

V(Y) e v(x) per polarizzare la regione 3 positivamente rispetto alla regione 2, per l?emissione di

elettroni attraverso la regione 5? E' possibile l?applicazione di polarizzazione di valori differenti a

queste connessioni differenti, in modo tale da consentire l?emissione di flussi elettronici 24 differen

ti da parte delle differenti sorgenti di elettroni , allo scopo di generare un disegno dei flussi elet__

tronici desiderato dall 'intera schiera.

Un dispositivo a schiera, di tipo bidimensionale , risulta particolarmente utile come sorgente di elettroni in un dispositivo di visualizzazione presentante un tubo a vuoto 33 pi? piatto

del tubo a raggi catodici schematizzato nella figura 4? In un dispositivo di tipo piatto , l 'immagine

pu?* venire prodotta su di uno schermo fluorescente

34, disposto in corrispondenza di un lato del tubo ,

per mezzo della generazione di differenti disegni di

flusso elettronico dalla schiera nel corpo 10 , montato in corrispondenza del lato opposto del tubo ,

anzich?* deflettendo un singolo fascio elettronico,

come si verifica, in un tubo a raggi catodici.

Questa schiera bidimensionale risulta pure utile OFFICIO BRffnr ta a GRGEOgRJ. per la litrografia elettronica, nella fabbricazione

di dispositivi semiconduttori , circuiti integrati ed

altri dispositivi a stato solido , di tipo microminiatu rizzato. In questa applicazione , la serie , o schiera,

e' montata come sorgente di elettroni in una camera

di un apparato litografico di esposizione . La camera

e* collegata ad una pompa di vuotatura, per la creazione di un vuoto di valore appropriato nella camera,

per l'operazione di esposizione . L' impiego di una

schiera di sorgenti di elettroni , di tipo bidimensionale , a semiconduttori , per dispositivi di visualizzazione e per litografia elettronica, e' gi? stato descritto , nella domanda di brevetto U.K? 7902455 ?

pubblicata come GB 2013398 A, a cui pu?1 essere fatto riferimento ?

Una regione superi iciale 5? in conformit? all 'invenzione , pu? ' venire incorporata nelle regioni

di tipo n di sorgenti elettroniche ?~n del tipo a

tre elettrodi descritte in GB 2013398A , con riferimento sia a singole sorgenti , sia a schiere di sor_

genti. Pertanto, una sorgente di elettroni conforme

o all'invenzione pu?' includere un elettrodo di accele 5 A

A razione isolato dalla superficie del semiconduttore o ed estendentesi attorno al bordo della regione superficiale impoverita 5? in corrispondenza dell 'area 4

I

dalla quale vengono emessi gli elettroni 24, fortemente a GRGOREJan

eccitati. In questo caso , la prima regione 3 , a condut_ tivit? di tipo n, pu?' venire contattata dalla propria connessione elettrodica, attraverso una profonda

regione di contatto , di tipo n, in corrispondenza di

un'area remota dall' area superficiale 4 dalla quale

vengono emessi gli elettroni fortemente eccitati 24.

Deve essere rilevato che entro lo scopo

dell 'invenzione sono possibili parecchie altre modifiche .

Pertanto , ed a titolo di esempio , anzich?? utilizzare

un corpo di silicio monocristallino 10 , il corpo semiconduttore di una sorgente di elettroni conforme all'invenzione , pu?* venire realizzato con l'impiego

di un altro materiale semiconduttore costituito , ad

esempio , da un composto semiconduttore III-V o da

silicio amorfo idrogenato o policristallino , depositato

su di un substrato di vetroso di qualsiasi altro materiale di tipo appropriato.

RIVENDICAZIONI z a r * g a 1. Dispositivo semiconduttore per l'emissione * ce e o di un flusso di elettroni , comprendente un corpo semi I d conduttore , presentante una prima regione , a condutti___

vit? di- tipo ?-n ed ima seconda regione separata,

in senso relativo , da una barriera includente una

giunzione ?-n disposta fra la prima regione e la

seconda regione e connessioni elettrodiche facenti

capo alla prima regione ed alla seconda regione ,

per applicare una differenza di potenziali ai capi

della barriera allo scopo di polarizzare la prima

regione positivamente rispetto alla seconda regione ,

allo scopo di stabilire un'alimentazione di elettroni fortemente eccitati che vengono iniettati dalla se_

conda regione , attraverso la barriera, nella prima

regione e che vengono emessi da un'area superficiale del corpo , caratterizzato dell fatto che il

corpo comprende una regione superficiale di tipo ?_ adiacente all 'area superficiale dalla quale vengono

emessi gli elettroni fortemente eccitati , utilizzata per formare , fra la prima regione di tipo n

e detta area superficiale , un picco di potenziale distanziato da detta area superf iciale ,in modo

tale da produrre , nel corpo semiconduttore , un campo

di deriva, o di spostamento in grado di accelerare

gli elettroni verso detta area superficiale .

2. Dispositivo semiconduttore secondo la rivenzione 1 , caratterizzato dal fatto che la regione superficiale di tipo ? presenta una concentrazione di droganti tali per cui la stessa risulta

esaurita almeno entro una parte della regione superficiale, per l 'intero proprio spessore , per mez 3MI0I00NfcVfcn.

C I GREGORJgn. zo della regione di esaurimento formata ad una polarizzazione di valore pari a zero , con detta prima regione.

3. Dispositivo semiconduttore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2 , caratterizzato ulteriormente dal fatto che detta regione super_

f iciale presenta uno spessore pari , al massimo , a

10 nanometri

4. Dispositivo semiconduttore secondo una qual_ siasi delle precedenti rivendicazioni, ulteriormente caratterizzato dal fatto che la struttura della re_

gione formata dalla regione superficiale, dalla prima regione e dalla seconda regione, presenta soltanto

due connessioni elettrodiche, una delle quali e* con_

nessa a detta prima regione, mentre 1?altra e* collegata a detta seconda regione.

5? Dispositivo semiconduttore secondo una

qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, ulteriormente caratterizzato dal fatto che la connessione

a ce elettrodica facente capo alla prima regione di tipo

o (J n, viene pure a contatto con una parte della regione a ? o e superficiale.

6? Dispositivo semiconduttore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la se__

conda regione presenta Tina conduttivit? di tipo n

e risulta separata dalla prima regione di tipo n

per mezzo di una barriera di tipo ? formante giun_

zioni ?-n con la prima regione di tipo n e con la

seconda regione di tipo n.

7? Dispositivo semiconduttore secondo una qual_

siasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato

dal fatto che la seconda regione presenta una condut__

tivit? di tipo ? mentre la barriera e? formata dalla giunzione ?-n che la seconda regione di tipo ? forma con la prima regione di tipo n.

8 ? Dispositivo semiconduttore secondo una qual__ siasi delle precedenti rivendicazioni , in cui detta area superficiale della regione superficiale , viene ricoperta di un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni, 9 , Dispositivo semiconduttore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni , carat^ terizzato dal fatto che il corpo semiconduttore e ? dotato , lungo almeno una parte della zona superficiale , di almeno un elettrodo che risulta elettri^ cernente isolato dal corpo semiconduttore.

10, Apparecchiatura comprendente un bulbo sotto vuoto , entro il quale e* possibile mantenere un certo grado di vuoto e comprendente un dispositivo semiconduttore del tipo rivendicato in una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni , caratterizzata dal fatto che il dispositivo semiconduttore viene monta_ to all ' interno del bulbo , e dal fatto che pu? 1 emet__ tere elettroni , in detto ambiente sotto vuoto , durante il funzionamento dell'apparecchiatura.

Milano ,

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8 1 33 5 0 2

D U P L I C A T O

(da non modificare )

SORGENTI DI ELETTRONI ED APPARECCHIATURA PRESENTANTE SORGENTI ELETTRONICHE PHB 32829 ,

4/68837 ve.

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"" DISPOSITIVO SEMICONDUTTORE PER L'EMISSIONE DI ELETTRONI E APPARECCHIATURA COMPRENDENTE TA^E DISPO* SITIVO SEMICONDUT^O^E^"M

a nome: N.V.Philips? Glpeilamperifabrieken

a: Eindhoven (Faesi^ ?ssi)

di nazionalit? Paesi Bassi ed^e^ettivamente domiciliata a tutti gli^effetti di Legg^ aSvMilano -Via Dogana,1^-^presso il mandatario Ufficix Brevetti Ing. C. Gregorj -(Deposit. il No. )

-DO?

RIASSUNTO

Una sorgente di elettroni, presentante una buona efficienza di emissione degli elettroni, comprende un corpo di silicio (io), o di altro mate_ riale semiconduttore, presentante una prima regione (3), a conduttivit? di tipo n, separata da una seconda regione (2) a conduttivit? di tipo n o di tipo ?, per mezzo di una barriera. La barriera pu?' essere rappresentata da una giunzione ?-n fra la regione (2) a conduttivit? di tipo ? e la regione (3) a conduttivit? di tipo n, oppure pu?' essere rappresentata da una regione (l), a conduttivit? di tipo ?, formante giun_ zioni ??n con le regioni a conduttivit? di tipo n

(2 e 3). Per mezzo di opportune connessioni elettrodiche (13 e 12) facenti capo alla prima regione ed alla seconda regione (3 e 2), viene applicata una differenza di potenziale ai capi della barriera, in modo tale da polarizzare positivamente la prima regione (3) rispetto alla seconda regione (2) e stabilire quindi un alimentatore di elettroni forte_ mente eccitati (24) che vengono iniettati dalla se__ conda regione (2), attraverso la barriera nella prima regione (3)? Questi elettroni, fortemente eccita_ ti (24) vengono emessi nello spazio libero (20) da un?area superficiale (4) del corpo (10) il quale pu?* essere dotato di uno strato di rivestimento di cesio (14) per ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni, una regione superficiale (5) che pu?' essere impoverita anche ad una tensione di polarizzazione zero, risulta adiacente all?area superficiale (4) e la stessa comporta una concentrazione di droganti di tipo ? utilizzati per la formazione, nel corpo (io) di un picco di potenziale, distanziato dall?area superiiciale (4) dalla quelle vengono emessi gli elettroni fortemente eccitati (24), in modo tale da fornire un campo adiacente di deriva (15) in gra_ do di accelerare gli elettroni (24) verso quest?area superficiale (4), in modo tale da favorire l?emissione elettronica. Le .KXgKK&ix?X? sorgenti. di._ elettroni -possono venire impiegate -in- tubi .a raggi _ catodici. -in dispo-sitivi- di visual iz-z azione, ed anche . in. app r recch.iat.ure. litografiche., di tipo elettronico.,

-(f igura 2 ). _ , _ _

DESCRIZIONE DELL 1 INVENZIONE

. - - .La. prese.nt_e.__invenzi_cne_.si _rife_r.isce ad una -sorgente _du .. elettroni _p_e_r __1 ?. emi s sione di un flusso di el_e.ttronl,__in gapti.oplarg, _ jpp.non esclu -_siy.ament.e.,__ ad. .una sqrg.ent.e di elettroni per tubi ja raggi catodici., _dispos.it ivpjoer la conyergione d^l-1' immagine , dispositivi, di. visu ali zzazione p _lit <>-graf ia... elettroni ca.?..!.1 invenzione si.._rif erige e inoltre ad una apparecchiatura pre sentant e una sorgent e eie tir oni c aj i. _ quest o tip o . _ _

- - La -Descrizione del Brevetto .del Regno .IJ riito (GB- A) 83 0- 086 d ascrive, ma . so.rgenie_di ..elettroni c-omp rendent e iin ?&?- corpo. semiconduttore, presentante una prima regione, di . tipo r _ _c h e. jr i su Ita. s ep a-?rata -da una seconda, regione del corpo .medi ante una barr-i era ? includente- una-giunzi one . p-n di sp.o sta . fra la prima, e la seconda. .regione , e . connessioni eletir odi che- lac ent i _ .c ap_o_..all a. su dd e 1 t a. pr i ma e al 1 a suddetta- seconda regione., . .per.... applicar e una differ.enza di .potenziale attraverso la barriera, _in 1 odo tale da polarizzare positi vameri e la prima regioni .rispett o_ al.la_s_e.C.Q.n.da_regione__e stabilire cos? ura aliment aziona. dL. elettroni fortemente eccitati che -vengono ini.etjtati dalla seconda regione attraver?(i_ .la barriera nel1a.prima regione e che vengono e-_meS.Si--da.un'areaa superficial e_del c_o_rno_._

- - Nelle, forme..p.r_irei.p_ali_descritte in G-i-A 830-.086-,-l.a_-s.e-cnnda-_regi.Qn_e.jpre_senta__una condut' vita di --tipo e la.barriera ? dotata di una sin? -gola giunzione p-n._f_orm.ata tra la _seconda_region_e tipo e?la _prim.arregi_Qn.e_ di tipo.n. La singola giun ziore-n-ru??polari z.zata_in_senso inverso , in --modo? da?o-perare_-in_una regione di rottura a valan a -per -iv.e.z.z 0....d.elliapplicazione di una differenza di - pot-enzialo T__di valore e fficientemente elevato, tra -le_conn.essiani elettrodiche, facenti _capo all _ prima.-r.agi.ane_ed .alla.,seconda regione. In tutti --i? caso_ den.c.r_i_t_t.i_in__GB-A..83_Q_?_086_,_11area superfi -c?ale--de3_ c.orpo., dalla j?u_ale vengono emessi gli ? eleitroni.-fnr_t.eiiiente eccitati, ? costituita da una saperli eie_ ideila orima regione di tipo n.

--Questa -regione?sirp_erficiale._di_tipo n ? rivestita-di- .un.materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione..d_e_gli elettroni._ N onost<mte questo rivestimento , la regione superficiale di ti^)0 n prfiRPnta una. a.ffinit? elettronica effettiva adiajstsiprH.-kiwwww-k-w nentemente a.1 confine del copro defini ;o dall'area supflrficial e. In pratica ? stato trovato nhe, malgrado 1 'acqu i.sizione di una elevata energi 1 _n_inetin.a np.lla vettura a VX?Ha?a: Valanga. soltanto una percentuale molto bassa (generalmente molto in feriove a.11 ?l#)_ degli elettroni fortemente eccita :i pu? ergere emessa nello spazio libero. La maggior Darte rie.gli elettroni fortemente eccitati,, iniettati nella prima regione di tipo n subisce una ri?flesgirine, in -'m norin con la meccanica quantistica, in corri spond enTia elei confine del KHH corpo che corain nirie p.nn l'area superficiale in corrispondenza del La quale si verifica la barrier superficiale.

T.a presente invenzione ? basata sul ri conosci mento .da parte del presente inventore, del fatto ohe la probabilit? che sii elettroni forteme nte eccitati, riflessi all1indietro, nella prima regio ne di tipo nr dall?area superficiale del corpo semico nduttore, pu? essere diminuita formando, entro il nom o, adiacentemente a auesta area superif iciale , un forte campo elettrico per l'accelerazione degli el ettroni formtemente eccitati, verso la suddetta area superficiale e del fatto che, per mezzo dell'a-d.o.zione-di una _corc_entrazione.,.d.1._dr..Qg.&nti, di tipo

jcr--in.una regione.superi icial e.moli om otiil e, questo_ campo pu? ess-ere-incarporaio_.in_u.na. .sorger te .di e-?.fefe-1ettroni.-alla .s-C_ap_a_di....fayQrir_e 1_'_emissione.degli, -elettroni fort.emente__.er citaii^mlall'area supenfici ale senza ini erferire c.on__il_joie.ccarisinq_jper 11iniezione_ degli? eietironi foriemerite..e.ccitaii.,._nella p.riam.

-region e di-tip.o_n-..e ..se.nzay aumentare, in mode

ficaiivo-,--la-disp arsione degli_ elettroni foriamen te_ eccitat ? nel-lor_.o..pasraggi?_??r_s_o_1 'area superii-_ ciale-.- -_ In-ac cor.do. con un -primo aspetto della oresente -Invenzione.,..viene realizzata una sorgente di alflA_trpni_per l'emissione di un flusso di elettron comprendente un corpo semiconduttore presentante una _ prima ragione_ di_.tipo n che risulta separata da ura eeconda regi one del corpo ragx? medianie una barriera includente una giunzione p-n. disposta tra la prima

_e?la_S-e.cnnda__r_eginre _e_connessioni elettrodiche

-f-ac-ent?_ c.ap.o__alla_suddetta nrima ed alla suddetta ^ gpnnnr?a -regione, per applicare una differenza di^]io? -t.enziale..at.trayerse la barriera, in modo tale da polarizzare po.sitiyament_e__la_p_rima regione^rispetto _ _ alla seconda regione e stabilire cosi un*alimenta? --z?-one-di?eleltm i.fori amenie ...eccittati che vengono iniettati dalla seconda regione attraverso la bau riera nella prima regione e che vengono emessi da ?in' area superf iciale del corpo, caratterizzati rial fatto che il corro comprende inoltre una regi !one superficiale shs adiacente all?area superficis ile dalla quale vengono emessi gli elettroni forteraei ite eccitati e che comprende una concentrazione di droganti di tiro jo utilizzata per formare tra la prima regione di tiro n e la suddetta area superf iciale. un ricco di potenziale che risulta distanziato dalla suddetta area superficiale, per ss ? reai izzare adiacentemente alla suddetta area su- jerf iciale. un (campo di deriva in grado di accelerai re gli elettroni verso la suddetta area superficiale .

Tn una sorgente di elettroni di questo tipo, realizzata. in accordo con i principi d ?lla presente invenzione, gli elettroni fortemente ec? citati, iniettati nella prima

X

/ /

/

regione di tipo n, possono sormontare il picco di potenziale della regione superficiale di tipo ?, senza una riflessione significativa, dal punto di vista della meccanica quantica , poich?* questo picco rientra nel corpo per il fatto che risulta distanziato dal confine del corpo corrispondente all 'area superficiale* Dopo l ' attraversamento di questo picco , gli elettroni fortemente eccitati subiscono l 'effetto accelerante del campo di deriva, in una direzione verso l'area superficiale . Pertanto , quantunque nell 'attraversamento della prima regione di tipo n, gli elettroni fortemente eccitati possano ottenere un'ampia distribuzione del momento , per effetto della dispersione nella prima regione , questo campo accelerante di deriva aumenta la componente media del loro momento e dell 'energia, perpendicolarmente all 'area superficiale. Questo riduce la proba_ bilit? della riflessione meccanica quantica in corri_ spondenza del confine del corpo che corrispondente con l 'area superficiale , f avorendo l?emissione degli stessiV^L* invenzione permette quindi di migliora re l 'efficienza di emissione degli elettroni forte__ mente eccitati , dall'area superficiale , senza interferire con il meccanismo della prima regione e della seconda regione , per l 'iniezione degli elettroni forte mente eccitati, nella prima regione a conduttivit? di tipo n. Ottimizzando gli spessori e le concentrazioni dei droganti delle varie regioni ed attivando la superficie con un determinato materiale costituito, ad esempio, da cesio, per ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni, le sorgenti di elettroni presentanti questi campi di deriva della regione superficiale, possono presentare efficienze di emissione di valore cos? elevato per cui pi? dell?io degli elettroni fortemente eccitati, iniettati nella prima regione a conduttivit? di tipo n, pu?? venire emesso dall*area superficiale.

Deve essere rilevato che sono note sorgenti di elettroni comprendenti una giunzione ?-n formata in un corpo semiconduttore , a conduttivit? di tipo n per mezzo di una regione adiacente alla superficie, presentante una conduttivit? di tipo ? e fatte funzionare con una polarizzazione diretta, per mezzo di un*applicazione di una differenza di poten_ ziale fra le connessioni elettrodiche facenti capo alla regione di tipo ? ed alla porzione del corpo di tipo n. Queste note sorgenti di elettroni sono state descritte, ad esempio, nel brevetto U.K. (=r?-A ?&.1.147?88 3 (riferimento della Titolare:PHN 826).

Gli elettroni vengono iniettati dalla porzione del corpo, di tipo n, attraverso la giunzione ?-n, polarizzata in senso diretto, nella regione di tipo ? presentante uno spessore inferiore alla lunghezza di ricombinazione, nella diffusione, degli elettroni, nel materiale di tipo ? e rivestita di un mate_ riale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni? Questi elettroni si dif_^ fondono attraverso la regione a conduttivit? di tipo ? mentre parte degli stessi emergono dall?area superficiale rivestita di questa regione?

Queste sorgenti di elettroni, a giunzione ?-n, polarizzata in senso diretto, sono note con l?espressione "catodi ad affinit? elettronica nega_ tiva", poich?? per mezzo di una scelta appropriata della combinazione del materiale di rivestimento e del materiale semiconduttore, e? possibile sopprimere, effettivamente, l'affinit? elettronica della regione di tipo ?. Tuttavia,in pratica, per ottenere una notevole diminuzione nell?affinit? elettronica,il materiale semiconduttore dovrebbe presentare una banda proibita, vale a dire un "band gap" pi? ampia di quella del silicio. Pertanto, per queste sorgenti di elettroni vengono impiegati l?arseniuro di gallio, il fosfuro di gallio ed altri materiali presentanti un valore pi? ampio della banda proibita? Gli elet troni iniettati presentano soltanto un basso valore dell?energia cinetica,mentre la corrente di emis_ sione viene limitata dalla ricombinazione dei porta tori che si riscontra nella regione di tipo ?. La minimizzazione dello spessore della regione di tipo ?, per ridurre gli effetti della ricombinazione, viene complicata dalla necessit? di sta_ bilire un buon percorso di circolazione della corrente nella regione di tipo ? e di una connessione elettrodica separata, per scopi di polarizzazione. Deve essere rilevato che e' indesiderabile un drogaggio molto elevato per la regione a conduttivit? di tipo ? per minimizzare gli effetti della ricombinazione nella regione di tipo ? e per mantenere una elevata efficienza di iniezione in corrispondenza della giunzione ?-n|>olarizzata in senso diretto. Tuttavia, gli elettroni iniettati costituiscono i portatori minoritari nella regione di tipo ? e, pertanto, la frequenza di commutazione di queste sorgenti di elettroni risulta bassa a causa degli effetti dell'accumulo d?i portatori minoritari. Inoltre, il rivestimento ottenuto con l'impiego di un materiale per la riduzione del valore del lavoro di estrazione degli elettroni viene perso lentamente, durante il funzionamento della sorgente di elettroni , con conseguente limitazione della vita attiva della sorgente .

Per contrasto con queste note sorgenti ad affinit? elettronica negativa , l 'invenzione in ogg.et__ to fornisce una sorgente di elettroni nella quale gli elettroni fortemente eccitati , diretti verso la superficie , vengono generati con elevata energia cinetica per mezzo di una polarizzazione inversa della barriera fra la prima regione e la se_ conda regione ed in modo tale da consentire l 'ot_ tenimento ed una buona efficienza di emissione degli elettroni anche in presenza di una barriera superficiale ed utilizzando come materiale sem?-eonduttore ? il silicio .j Gli elettroni fortemente eccitati presentano una lunghezza caratteristica, per la \ perdita di energia, sostanzialment Xe maggiore del loro perc?tso^libero medio nel^m'ateriale semiconduttore e , pertanto , gli stessi possono attra_ versare , praticamente^^n^a^perdite , la prima regione di tipo n regi^one superficiale pre_ sentanti uno spessore dell 'ordine del percorso libero medioRLa^ concentrazione deiN^roganti di tipo lineila regione, superficiale forrii^ce una distribuzione vantaggiosa del campo che favba^isce Remissione dall'area superficiale , secondo quanto !li-elet troni ? or tement e .. e c citai ! pre_s.ent.ano_.. una . l?.n; giie zza caratteristica,, per la perdita di energia sost anzi almente. maggior e._ dei 1 oro. percors Q_balist i co liber-O. .me.dio_ n.e] _ material e semiconduttore e p eri anto.,. glissi e s s i p o ono . attraversare effic a? aemehie_l a_pr ima__r_egian_e_.di _ t i.p o n e la regione su -p e rii eia! e 43 re aen t arti uno spessore dell ' ord in e d et p.erc.o rs GL iali.st ic o libero .medi o la concentrazione dei. drogarti i_n ella regione superficiale fornisce una. d i_str.ibuzi_Q.ne. osa del campo che fav ori sc e i mmissione dell ' area superfic iale, s ec ondo quarto precedentemente descritto,mentre questa regione superficiale di lina sorgente di elettroni conforme allinvenzione non richiede una connessione elet__ trodica separata, mentre la stessa pu?* essere realizza ta di uno spessore molto ridotto in modo tale

da risultare impoverita entro l'intero spessore della stessa, almeno durante il funzionamento dells sorgente di elettroni. Pertanto, le sorgenti di elettroni conformi all'invenzione, possono presentare effetti trascurabili di immagazzinamento dei portatori minoritari e, di conseguenza, posso caratterizzarsi per una elevata velocit? di commutazione.

In sorgenti di elettroni realizzate in conformit? ai principi della presente invenzione , lo spessore della regione superficiale e? preferibilmente dell'ordine del percorso libero medio degli elettroni, in modo tale da massimizzare l'effetto del campo superficiale nell'accelerazione degli elettroni fortemente eccitati, nella direzione dell'area superficiale. Pertanto, ad esempio ,lo spessore della regione superficiale pu?' essere pari, al massimo, a 10 nanometri. Questa sottile regione superficiale pu?? risultare impoverita entro l'intero spessore della stessa, per mezzo dello strato di esaurimento formato con detta prima re_ gione di tipo n anche con una polarizzazione di valore pari a zero? In questo modo , e' possibile ottenere un campo di deriva molto elevato , mentre la sorgente di elettroni pu? ' pure presentare una elevatissima velocit? di commutazione?

Quando la prima regione di tipo n presenta una concentrazione dei droganti di valore massimo , distanziata da detta area superficiale , ad esempio per effetto di una impiantagione di ioni a conduttivit? di tipo n, la concentrazione dei droganti di tipo ? pu? * venire ottenuta per incorporazione fra l'area superficiale e la concentrazione di drogaggio di picco della prima regione di tipo n, senza complicare , in misura significativa, il pro_ cesso di fabbricazione , o la conf igurazione della prima regione e della seconda regione che genera_ no gli elettroni fortemente eccitati- Inoltre , la regione superficiale non richiede una connessione elettrodica separata e , pertanto , l 'incorporazione di questa regione superficiale , di tipo ? non complica la conf igurazione delle connessioni elet_ trodiche. Questo risulta particolarmente vantaggioso quando viene formata una schiera di sorgenti di elettroni nello stesso corpo di materiale semi conduttore- rertanto, la struttura formata dalla regione superficiale, dalla prima regione e dalla seconda regione, deve presentare, necessariamente, soltanto due connessioni elettrodiche, una delle quali e* connessa a detta prima regione, mentre 1* altra connessione e* connessa alla seconda regione. Inoltre, la connessione elettrodica fa_ cente capo alla prima regione di tipo n pu?* pure stabilire il contatto con una parte della regione superficiale _ Questo contatto di detta regione superficiale, pu?* essere ottenuto quando la connessione elettrodica alla prima regione di tipo n viene impiegata come una maschera durante l'introduzione dei droganti di tipo ?? Questo risulta vantaggioso per il fatto che consente di semplificare il processo di fabbricazione della struttura.

Gli elettroni fortemente eccitati possono venire generati, nel corpo, per mezzo di una rottu_ ra, vale a dire di un "breahdown" a valanga, o per mezzo di una emissione di campo? Pertanto, detta seconda regione pu?* presentare una conduttivit? di tipo ? mentre la barriera fra la prima regione e la seconda regione pu?' essere formata dalla giun__ zione p-n che la seconda regione di tipo ? forma con la prima regione di tipo n.

Tuttavia, in accordo con i principi delle presente invenzione, la concentrazione di droganti di tipo ? che consente 11ottenimento del campo di deriva, PU? pure essere incorporata in una sor&ente di elettroni che genera elettroni fortemente eccitati in corrispondenza di una tensione operativa al di sotto del livello critico necessario per la rottura a xi valanga, per esempio secondo quanto i1-lustrato e rivendicato nella correlativa domanda di brevetto 8l (Nostro riferimento: OHB 32828) che ? stata depositata nello stesso giorno della presente domanda e che ? pure intitolata "Electron sources, and Equisiment having electron sources" (Sorgenti di elettroni ed apparecchiatura presentante sorger Lti elettroniche). Pertanto, la suddetta seconda regie me pu? presentare una conduttivit? di tipo n e pu? e; sere separata dalla prima regione di tipo n mediaiite una regione di barriera presentante una concentrazione di droganti di tipo p formante giunzioni p-i1 sia con la prima regione di tipo n che con la seconda regione di tipo n.

Tr accordo con un secondo aspetto della prAqp.ntp. invenzione, vinne realizzata una apparse? chialm a comprendente un involucro sotto vuoto, e:1-_ t.ro il qna-1e pii? Pigc-g-re mantjenuto un certo grado _di. vu oto , e d una. so rger_t_e_.di .. elettroni in ac cordo _ _con il primo . aspa_t_t_CL_dell invenzione , _ la sud dei- . . la sorgente di elettroni essendo montata all 1 inter; - _ . _no. dell ? involucro _ _p_er 1 * emissione di elettroni _ _ entro il suddetto vu oto.,. durante il fungi onament o _ .. d e 1 l'.ap p ar e c chi atura? T_ale_ apparecchiatura pu? _ essere co stituita, per esempio da un tubo a raggi _ _cato.dic.i_, _ da un dispo sitivo di ripresa delle irama- _ gini ,_ .da.. un dispositivo di visualizzazione oppure _ _ da una apparecchiatura per litografia elettronica, per la f abhricazione di dispositivi a stato solido , _ del tipo microminiaturizzato. Pertanto , _ a_ seconda _ !. del ._tip_o_ dell* appare chhiatura. il corpo semicondut = _ !_ tore pu? comprandere una singola sorgente, di elettroni , _ oppure una serie o schiera di tali sorgenti di! elettroni.

Quest e ed altre caratteri stiche d eli 1 in--0_r_a.. descritt e facendo riferirhent o_ ai _ dis-egni_di.agrammat i ci._all_eg.at_i _ jJLlu stranti . sot.t_o_ntorma_ di _gLS.enip.lQ , varie forme r eal i z z ative _d.el 1.1 inv.anz ion e . In _ questi di segni : _

La _?i gura 1 rapp resenta una vista in s ..zi.o.ne.._di_una_p.aiLt.e.__di_ sur. corpo semiconduttore di una, sorgente di elettroni, realizzata in conformit? . alenine ipi-dell-' invenzione.; _

- 18 -La fisura 2 rappresenta un diagramma dei livelli energetici attraverso una tale sorgente c i elettroni in condizioni di polarizzazione;

La fiara ? rappresenta una vista in sezione di parte di un corno semiconduttore di un'altra sorgente di elettroni realizzata in conformit? ai principi dell'invenzi'?ne; e

La fscxK figura 4 rappresenta un tubo a i?aggi catodici in accordo ai con i -principi dell'inven-?zinne ed includente una sorgente, di elettroni reilli-z-zata in accordo con l'invenzione.

_ Si deve notare che tutte le fisure sono diagrammatiche e non disegnate in scala. Le dimei1? siepi e ie prnporz.ioni relative di alcune parti li queste .figure sono state rappresentate in forma notevolmente esagerata, o ridotta, per rragioni ?i convenienza e di chiarezza nei disegni stessi.

?-?-ngnno generalmente adottati gli stessi numeri ?i riferimento impiegati in una formax pratica realizzati va, per contraddistinguere le varie parti corrfs-pordenti , o similari , in altre versioni deL-1'invPn ziope t

La sorgente di elettroni illustrata nel la -f-i-vura 1 comprende un corpo semiconduttore 10, di gili-fio -mopocrittal1ino , presentante una prina

regi_o.n_e.._3 ? di tipo n, che risulta separata da_un? sec.onda regim e..2.._d.el_.copo 10 , mediante.una barriera.

1.indurente due.giunzioni p-n oste fra _la.prin a r.egione__i 3_ e..la _seconda ragione 2. Pertanto.,.,nella sorgente .di elettroni della figura lf la seconda r.egione._2._presenta_una _conduttivit? di tipo .n. mer a mediante una regione 1...p.re.s.entante..una.concentrazione di droganti di t:; JIHXHX ?? ?

formante le due giunzioni ?-n con le regioni 2 e 3 , rispettivamente , di tipo n. La sorgente di elettroni presenta le connessioni elettrodiche 12 e 13 facenti capo alle regioni 2 e 3 , rispettivamente . Queste connessioni 12 e 13 , formate da strati di metallo , sta_ bilenti un contatto ohmico con le regioni 2 e 3 f servono per applicare una differenza di potenziale V ai capi della barriera l ,in modo tale da polarizzare la regione 3 positivamente rispetto alla regione 2 e stabilire quindi un? alimentazione di elettroni forte__ mente eccitati 24 i quali vengono iniettati dalla re_ gione 2, attraverso la barriera 1 , nella regione 3, con conseguente emissione degli stessi da un'area superficiale 4 del corpo 10?

Ne-1 dispositivo semiconduttore schematizzato^ nella figura 1 , la regione a? oondut t ivi t? ~c i" tipu -p

(J

formante la barriera 1 , stabilisegf le- giunzioni ?? n^ con entrambe le regioni 2 e 3, a conduttivit? di tipo n e la stessa presenta uno spessore ed una concentrazione di droganti tali da risultare impoverita di

di lacune per effetto della fusione degli strati/impoverimento nella regione 1 , almeno quando viene applica^ ta la differenza di potenziale V per stabilire l' ali_ mentazione di elettroni fortemente eccitati 24 con una energia sufficiente a vincere la barriera di potenziale fra l?area superficiale 4 e lo spazio libero 20? Tut_

tavia, la regione 1 pu?* anche venire impoverita di

lacune mediante fusione degli strati di impoverimento

in condizioni di polarizzazione zero. Le sorgenti di

elettroni presentanti tali regioni a barriera 1, di

tipo esaurito, sono state descritte e rivendicate nella domanda di brevetto (riferimento della Titolare;PHB 32 828), alla quale viene fatto riferimento specifico per ulteriori informazioni.

In conformit? all?invenzione, il corpo 10 della sorgente di elettroni della figura 1, comprende

pure una regione superficiale 5 adiacente all?area

superficiale 4 dalla quale vengono emessi gli elettroni fortemente eccitati 24 e comprendente una concentra?

zione di droganti di tipo ? utilizzata per formare,

fra la prima regione 3, a conduttivit? di tipo n e

l?area superficiale 4, un picco di potenziale che, secondo quanto rappresentato nella figura 2, risulta

distanziato nel corpo fli-mater?ale semlcunduttore-j

dall?area superficiale 4,in modo tale da ottenere u? GA0-??*- ^ campo di deriva 15 per l'accelerazione degli elettroni

24 verso detta area superficiale 4? In questo modo e?

possibile ottenere una configurazione vantaggiosa

del campo in corrispondenza dell?area della zona superficiale 4* allo scopo di favorire l?emissione

degli elettroni fortemente eccitati 24 nello spazio libero 20?

Nel dispositivo schematizzato nella figura lf la regione superficiale 5 e' presente in corrispondenza di un'apertura, di configurazione anulare, nello stra_ to elettrodico 13* Questo strato elettrodico 13 (che forma la connessione con la regione 3) pu?* pure contattare la regione superficiale 5, ad esempio attorno all'intera periferia della giunzione, fra le regioni 3 e 5? L?area superficiale 4 della regione 5 e? rive__ stita di tuia pellicola sottilissima 14 di un materiale in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione ad esempio, degli elettroni, tale pellicola essendo costituita,/da una pellicola di cesio. Nel caso di una superficie di silicio 4, non rivestita e pulita, la barriera superficiale e' compresa fra 4 e 5 eV, mentre questa barriera viene ridotta a circa 2 eV impiegando il rivestimento 14* operando in modo noto?

La figura 1 illustra una struttura particolarmente compatta, di bassa capacit?, per la sorgente di elettroni? Uno strato isolante 11 dotato di un'apertura, risulta affondato almeno per una parte del proprio spes__ sore nel corpo 10, in modo tale da formare almeno

una porzione 9 del corpo 10 delimitata, lateralmente, dallo strato isolante affondato 11. Le regioni 1 e 3

? vengono formate entro la porzione 9 e le stesse sono delimitate, attorno ai loro bordi, dallo stra_ todt?.isolamento 11* La connessione elettrodica 13 pu?* essere ottenuta, in modo affidabile,in corri_ spondenza della superficie superiore della porzione 9, senza contattare la regione di barriera 11, quantun__ que la stessa possa venire a contatto con la regione superficiale 5. Questa connessione elettrodica 13 pu?1 estendersi al di sopra ed attraverso lo strato di isolamento 11, in modo tale da ottenere un'area estesa di contatto alla quale possono essere unite le connessioni esterne, ad esempio sotto forma di fili. La superficie superiore della porzione ad altipiano, o a "mesa" 9, consente l'ottenimento dell'area superficiale 4 dalla quale vengono emessi gli elettroni 24.

Nel dispositivo semiconduttore schematizzata nella figura 1, la regione 2 pu?' essere formata per^ac^? cxescimento -di tino strato epitassiale di tipo n di elevata resistivit? (n-) su di un substrato 2af a conduttivit? di tipo n, di bassa resistivit?. Il substrato 2a provvede ad una connessione di bassa resistenza con lo strato di metallo 12 che pu?* esten_ dersi al di sopra dell'intera superficie posteriore del substrato 2a. Questa disposizione del substrato risulta particolarmente adatta per un dispositivo pre sentante una singola sorgente di elettroni nel corpo 10? Tuttavia, questa disposizione pu?' pure venire adottata per dispositivi presentanti una pluralit? di queste sorgenti di elettroni , in un corpo comune 10 con una regione comune 2 ed una connessione elettrodica comune 12 ma con connessioni elettrodiche individuali e separate 13 per le varie sorgenti elet__ troniche individuali presentanti le regioni indi__ viduali 1 e 3?

Verr? ora descritta la fabbricazione di ima particolare versione di una struttura a sorgente di elettroni del tipo schematizzato nella figura 1? Uno strato di silicio , drogato con fosforo presentante una resistivit? pari , ad esempio , a 5 ohm-cm (cor? rispondente , approssimativamente , a 10 atomi di fosforo/cm ) ed uno spessore pari , ad esempio , a

5 micrometri , viene accresciuto epitassialmente , in modo noto , su di un substrato di silicio 2a drogato con fosforo presentante ima resistivit? pari , ad esempio , a 0 ,05 ohm-cm, ed uno spessore dell?ordine di 240 micrometri , a titolo di esempio illustrativo . Lo strato isolante 11 pu? ? venire formato localmente nella superficie principale dello strato epitassiale , adottando le note tecniche di ossidazione termica, sino ad una profondit? sufficiente pari , ad esempio , a 0,1 micrometri, o pi?, al di sotto della superficie del silicio. La particolare profondit? scelta viene determinata dall?altezza della porzi?ne 9 necessaria per alloggiare, in modo affidabile, le regioni 1, 3 e 5 presentanti particolari spessori. Le regioni 1, 3 e 5 possono quindi venire formate, nella por-6

zione/, mediante impiantagione di ioni. Vengono impiegati ioni boro con una dose pari, ad esempio,

14 ?2

a 2 x 10 cm e con una energia pari, ad esempio, a 4,5 keV, per la formazione della regione 1..G1? ioni arsenico , in una dose, pari, ad esempio,

14 ?2

a 5 x 10 cm e, con una energia di 10 keV, possono venire impiantati in modo tale da formare la regione 3, a conduttivit? di tipo n. Una impianta^ gione localizzata di ioni boro in una dose pari, ad 13 ?2

esempio, a 7?5 x 10 cn e con una energia pari, ad esempio, a 0,8 keV, viene adottata per formare la regione superficiale 5* a conduttivit? di tipo ?. Questa seconda impiantagione ionica pu?* venire lo_ calizzata provvedendo dapprima lo strato elettrodico 13 in modo tale che lo stesso possa operare come una maschera per 1?impiantagione? Per questo scopo, lo strato elettrodico , ? ,

13 pu?? essere costituito, ad esempio, da silicio policristallino a conduttivit? di tipo n. Dopo la ricottura delle parti impiaTvha.-h f? ad una temperatura pari, ad esempio, a 7??? ?? > in ambi anta sotto vuoto, viene -previsto lo j3.-hratn rii ma tallo 1 P costituito, ad esempio, da allumini n, par formare la connessione Mettrodica pfi.r il _ au.~b.a-tr_at_o Pa, mentre 1 1 are .superficiale 4 in modo ?x noto di uno strato di rives-t-imanto 14

prp.ni HB caratteristi ch.e ottenute per

-\ g pnrgnntfi rii al attroni dipendono dalla concentra?!-

o-tt-enut-o _ par ciascuna delle regioni 1, 3 e 5 e qnftptfi rii p finti ono dalle particolari specie di ioni Ha, il * finargri a. fi dalla dose impiegate, nonch? dalle nnnrii izi nni di ricottura adottate

piantate ad una temperatura pari , ad esempio , a 700?C , in ambiente sotto vuoto , viene previsto lo strato di metallo\12 costituito , ad esejrfpio , da alluminio , per f ormare, la connessiofie elettrodica per il substrato 2a, m \entre X superficiale 4 viene dotata, in modo noto di uno strato di rivestimento 14?

Le caratteristi'?he ottenute perNil dispositivo semiconduttore di /pendono dalla concen \trazione dei droganti attivi e dallo spessore infine ortenuto per ognuna de^ie regioni 1 , 3 e 5 , tali fattM\^\&L-pender).do dalle fasi di impiantagione e dalle condizioni di ricottura adottate ?j In una sorgente di elettroni fabbricata in conformit? a quanto precedentemente descritto , e' stato stimato che la regione 3 presenti uno spessore di 25 nanometri ed una concentrazione di droganti attivi pari a

20 ?3

5 x 10 cm , il cui picco e* stato stimato come verif icantesi a circa 12 nanometri dalla superficie 4? Per effetto dell?adozione di questa piccola profondit?, per la regione 3 , la perdita di energia per gli elettroni 24, nella regione 3 viene mante_ nuta ad un basso valore , aumentando in tal modo la probabilit? di emissione degli elettrodi dall?area superficiale 4? Quegli elettroni che non vengono emessi dall*area superficiale 4 vengono estratti attraverso la connessione elettrodica 13? Per mezzo di questa elevata concentrazione dei droganti, malgrado il suo piccolo spessore, la regione 3, a conduttivit? di tipo n, presenta una resistenza elettrica sufficientemente bassa per una rapida modulazione del flusso elettronico emesso? E? stato stimato che la regione di barriera 1 presenti uno spessore pari, all'incirca, a 50 nanometri ed una 18 ?3 concentrazione di droganti pari a 2 x 10 cm , con conseguente possibilit? di ottenimento di una barriera di potenziale pari, all'incirca a 4 volt per il flusso elettronico dalla regione 2 alla regione 3? La risultante regione di barriera 1 non risulta impoverita, o esaurita, entro una parte del proprio spessore per mezzo degli strati di impoverimento formati con le regioni 2 e 3, a conduttivit? di tipo n, in corrispondenza di una tensione di polarrizzazione pari a zero? L?appiicazione di una differenza di potenziale V almeno pari ad un'ampiezza minima prestabilita, e' necessaria per ampliare questi strati di esaurimento entro l'intero spessore della regione 1? E' stato stimato che la regione superficiale 5 pu?' presentare uno spessore pari, all'incirca, a 7,5 nanometri, ed una concentrazione di droganti

19 ?3

attivi pari a 5 x 10 cm , con possibilit? di ottenimento di un picco di potenziale pari a 0,7 ev distanziato di circa 5 nanometri dalla superficie di silicio 4 e con un campo elettrico medio 15 pari a 2 x IO6 volt cm?1? La risultante regione superficiale 5 risulta sostanzialmente impoverita anche con una polarizzazione nulla? Una sorgente di elettroni di questo tipo pu?' operare con una tensione V pari, all1incirca, a 4 volt.

La figura 2 costituisce un diagramma illustran_ te l'andamento del potenziale e dell'energia degli elettroni , preso attraverso la sorgente di elettroni nel corrispondente spazio libero, con una ten_ sione di polarizzazione V applicata fra le connes__ sioni elettrodiche 12 e 13 e con la sorgente di elettroni polarizzata come un catodo, in un bulbo sotto vuoto, ^a regione di barriera 1, secondo quanto illustrato, risulta impoverite^per mezzo degli stra_ ti di esaurimento associati allo giunzioni ?-n format* con le regioni 2 e 3) a conduttivit? di tipo ?? Il sottile rivestimento 14, formato sull'area superficiale 4? e' stato illustrato sotto forma di uno strato superficiale a dipolo,in grado di ridurre il valore del lavoro di estrazione degli elettroni. La concentrazione dei droganti di tipo ?, della regione superficiale 3? si traduce in una vantaggio^ sa configurazione del campo elettrico adiacentemente all?area superficiale 4, secondo quanto rappresentato nella figura 2? La regione superficiale 5 introduce un picco di potenziale che risulta distanziato dall?area superficiale 4 e che pu?' venire incrociato dagli elettroni fortemente eccitati, senza notevole riflessione, poich?? questo picco rientra nel corpo anzich?* coincidere con una superficie di confinamento del corpo? Dopo l?attraversamento del picco, gli elettroni fortemente eccitati 24 subiscono l'azione del campo di deriva, o di spostamento 15, in una direzione verso l'area superficiale 4, in modo tale da assistere l'emissione degli stessi at_ traverso questa regione limite del corpo e nello spazio vuoto 20?

Questa regione superficiale 5, in conformit? al1*invenz ione

evdifferenti strutture cos? 4:uenti

troni

sorg

differente me

regione superficiale 5, di/tipo, pu?' venirePincorporata in una/form^ che^cl?V?A dal tipo di dispositivcKsemiconduttore illustrato nelle fi 1 e 2 ed in cui Tale regione superficiale 5 realizzata in accordo con i ?????? principi della presente invenzione , pu? essere incorporata in varie e differenti strutture costituenti sorgenti di elettrc fortemente eccitati ed in tipi differenti di sorgenti di elettroni fortemente eccitati che utili zano un differente meccanismo di iniezione . Per-

cop orata in una forma non-mesa del tipo di sorgente di elettroni illustrata nelle figure 1 e 2 in cui lo . strato di. isolamento 11

lo strato di isolamento 11 non risulta affondato nel corpo 10 entro una certa profondit? delle regioni 1* 3 e 5 poich??, al contrario, le giunzioni ?-n fra le regioni 2 e 1 e fra le regioni 1 e 3, vengono portate verso la superficie superiore del corpo 10, per mezzo di una regione anulare e profonda di confine , di tipo ?, la quale non risulta completamente esaurita anche durante il funzionamento della sorgente. In questo caso, la regione 3, a conduttivit? di tipo n, pu?' venire contattata attraverso una profonda regione anulare di confine, di tipo n, presen_ te nella regione di confine, a conduttivit? di tipo ?? Questa modifica adotta lo stesso meccanismo di iniezione da una regione 2, a conduttivit? di tipo n, attraverso una regione a barriera, di tipo ?, indicata dal numero di riferimento 1, e nelle regioni 3 e 5, rispettivamente.

La figura 3 illustra un tipo differente di sorgente di elettroni fortemente eccitati, come ulteriore forma pratica realizzativa della presente invenzione. In questo caso, la concentrazione di droganti di tipo ?, formanti la regione superficiale esaurita 5? risulta incorporata in una prima regione 3, a conduttivit? di tipo n separata da una seconda regione 2, a conduttivit? di tipo ?, per mezzo di una barriera formata da una singola giunzione p-n 21? Il substrato 2a risulta costituito da silicio, fortemente drogato, a conduttivit? di tipo ?, sul quale viene accresciuto uno strato epitassiale di silicio 2, a conduttivit? di tipo p, nel quale vengono formate la regione 3 a conduttivit? di tipo n e la regione superficiale 5, ad esempio mediante impiantagione di ioni. Prima della formazione delle regioni 3 e 5, viene formata una regione profonda 23, di tipo n, nello strato epitassiale, ad esempio per mezzo di un processo di diffusione di droganti. La regione 23, di tipo n, e' costituita da una regione anulare di confine la quale consente di portare la giunzione p-n 21 (fra le regioni 2 e 3) verso la superficie superiore per la del corpo 10 , stabilendo una regione di contatto/con nessione elettrodica 13? La porzione centrale della giunzione p-n, formata dalla regione 3* di tipo n, presenta una tensione di rottura, o di "breakdown" di valore inferiore rispetto a quella associata alle porzioni periferiche di detta giunzione p-n formata dalla regione 23 a conduttivit? di tipo n.

La concentrazione dei droganti delle regi?ni 3 e 2 pu?* venire scelta,in modo noto, in maniera tale che la rottura della giunzione 21, polarizzata in senso inverso, possa verificarsi per ionizzazione a valanga.

Applicando una tensione V, di valore appropriato, fra le connessioni 12 e 13? per polarizzare positiva_ mente la regione 3 rispetto alla regione 2, la rottu__ ra della porzione centrale della giunzione 21 si traduce in un1alimentazione di elettroni fortemente eccita_ ti 24, iniettati nella regione 3# La configurazione del campo, derivante dalla concentrazione di drogan_ ti di tipo ? della regione superficiale 5, favorisce l?emissione di questi elettroni fortemente eccitati 24? dall?area superficiale 4* in accordo con

i principi caratteristici della presente invenzione.

Pertanto, come descritto nelle versioni precedentemente analizzate, la regione 5 introduce, nella sorgente di elettroni rappresentata nella figura 3, un picco di potenziale distanziato dall?area superficiale 4, in modo tale da ottenere un campo di deriva, o di spostamen_ to, utilizzato per l'accelerazione degli elettroni 24 verso l'area superficiale 4? Una caratteristica di questo tipo pu?? pure ve incorpoj in diff. renti a valanga descritte nella domanda di ?>?vetto^ (GB) 2054959A (riferimento d?lia Titolare^ PHN 9532).

Le sorgenti di elettroni rappresentate nelle figure 1, 2 o 3, in conformit? all'invenzione , pos_ sono venire incorporate come catodi freddi in varie forme differenti di apparecchiature presenteunti un bulbo operante sotto vuoto? La figura 4 illustra un'apparecchiatura di questo tipo, rappresentata, a titolo di esempio illustrativo, da un tubo a raggi catodici? L'apparecchia?ura rappresentata nella figura 4, comprende un tubo a vuoto 33 opportunamente svasato e presentante una parete terminale rivestita di uno schermo fluorescente 34 in corrispondenza della propria superficie interna* Il tubo 33 risulta ermeticamente sigillato in modo tale da ottenere, nello stesso , un ambiente sotto vuoto, indicato in 20? Nel tubo 33 sono disposti gli elettrodi di focalizzazione 25, 26 e gli elettrodi di deflessione 27 e 28? Il fascio elettronico 24 viene generato in una o pi? sorgenti di elettroni realizzate in conformit? ai principi della presente invenzione e situate nel corpo semiconduttore 10? Il corpo 10 e' montato su di una base 29 entro il tubo 33, mentre vengono sta_ bilite le varie connessioni elettriche fra gli strati di metallo 12, 13 ed i piedini terminali 30 passanti attraverso la base del tubo 33? Queste-sorgenti di elettroni costruite in conformit? ai principi della presente invenzione, possono pure venire incorporate, ad esempio, in dispositivi di ripresa delle immagini, del tipo vidicon. Un'altra apparecchiatura possibile e' costituita da un tubo di memoria , nel quale un disegno di cariche , rappresentativo delle informazioni , viene registrato su di un bersaglio , per mezzo di un flusso modulato di elettroni , generato dalla sorgente di elettroni del corpo 10 , tale configurazione , o disegno di cariche venendo successivamente l?tta per mezzo di un fascio elettronico costante generato , pref eribilmente , dalla stessa sorgente di elettroni?

E* possibile adottare le note tecnologie impie_ gate per la fabbricazione dei circuiti integrati al silicio , per la realizzazione delle sorgenti di elet_ troni proposte dall* invenzione , sotto forma di una schiera, in un corpo semiconduttore comune? Questo viene facilitato dalla semplice struttura di queste sorgenti le quali richiedono soltanto le rispettive connessioni elettrodiche alle due regioni 3 e 2? Pertanto , il corpo del dispositivo pu?* comprendere una serie bidimensionale di queste sorgenti di elettroni , ognuna delle quali pu? ' venire controllata in_ dividualmente , per regolare la propria emissione elet_ tr?nica individuale? La massa del corpo lo pu?' essere costituita da un materiale leggermente drogato , a coifiduttivit? di tipo opposto rispetto a quella delle regioni 2 ed in cui le regioni 2 vengono formate come isole. Le sorgenti elettroniche individuali possono venire collegate fra di loro secondo un sistema a bar_ re incrociate X-Y? Le regioni 3, a conduttivit? di tipo n, in ogni direzione X della serie, o schiera, possono presentare una connessione elettrodica comune 13(1), 13(2), e cosi via, che si estende nella dire__ zione X. Le isole che formano le regioni 2, possono presentarsi sotto forma di strisce 2(l), 2(2), 2(3), e cos? via, che si estendono nella direzione Y della schiera, allo scopo di collegare fra di loro, in un?isola comune, le regioni 2 delle sorgenti individuali di elettroni, in ogni direzione Y? Ognuna di queste strisce 2(1), 2(2), 2(3), e cos? via, pu?? presentare una connessione elettrodica 12(l), 12(2), 12(3), e cos? via. Le varie sorgenti individuali di elettroni della schiera X-Y possono venire controllate mediante selezione delle connessioni elettrodiche 12(l), 12(2), e cos? via, e 13(l), 13(2), e cos? via, alle quali vengono applicate le tensioni operative, o di lavoro V(Y) e v(x) per polarizzare la regione 3 positivamente rispetto alla regione 2, per l'emissione di elettroni attraverso la regione 5. E' possibile l'applicazione di polarizzazione di valori differenti a queste connessioni differenti, in modo tale da consentire l'emissione di flussi elettronici 24 differenti da parte delle differenti sorgenti di elettroni, allo scopo di generare un disegno dei flussi elet_ tronici desiderato dall*intera schiera?

Un dispositivo a schiera, di tipo bidimensionale, risulta particolarmente utile come sorgente di elettroni in un dispositivo di visualizzazione presentante un tubo a vuoto 33 pi? piatto del tubo a raggi catodici schematizzato nella figura 4? In un dispositivo di tipo piatto, 1*immagine pu?' venire prodotta su di uno schermo fluorescente 34, disposto in corrispondenza di un lato del tubo, per mezzo della generazione di differenti disegni di flusso elettronico dalla schiera nel corpo 10, montato in corrispondenza del lato opposto del tubo, anzich?* deflettendo un singolo fascio elettronico, come si verifica, in un tubo a raggi catodici.

Questa schiera bidimensionale risulta pure utile per la litrografia elettronica, nella fabbricazione di dispositivi semiconduttori, circuiti integrati ed altri dispositivi a stato solido, di tipo microminiatu rizzato? In questa applicazione, la serie, o schiera, e* montata come sorgente di elettroni in una camera di un apparato litografico di esposizione? La camera e* collegata ad una pompa di vuotatura, per la creazione di un vuoto di valore appropriato nella camera, per l'operazione di esposizione. impiego di una schiera di sorgenti di elettroni, di tipo bidimensionale, a semiconduttori, per dispositivi di visualizzazione e per litografia elettronica, e* gi? stato descritto, nella domanda di brevetto U.K. 7902455 *

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pubblicata come GB 2013398A, a cui pu?* essere fatto riferimento.

Una regione superficiale 5, in conformit? all'invenzione, pu?' venire incorporata nelle regioni di tipo n di sorgenti elettroniche ?-n del tipo a tre elettrodi descritte in GB 2013398A, con riferimento sia a singole sorgenti, sia a schiere di sor_ genti. Pertanto, una sorgente di elettroni conforme all 'invenzione pu?' includere un elettrodo di accelerazione isolato dalla superficie del semiconduttore ed estendentesi attorno al bordo della regione superficiale impoverita 5? in corrispondenza dell'area 4 dalla quale vengono emessi gli elettroni 24, fortemente eccitati. In questo caso, la prima regione 3, a condut_ tivit? di tipo n, pu?' venire contattata dalla propria connessione elettrodica, attraverso una profonda regione di contatto, di tipo n, in corrispondenza di un'area remota dall'area superficiale 4 dalla quale vengono emessi gli elettroni fortemente eccitati 24.

Deve essere rilevato che entro lo scopo

dell 'invenzione sono possibili parecchie altre modifiche? Pertanto , ed a titolo di esempio , anzich?? utilizzare un corpo di silicio monocristallino 10 , il corpo semiconduttore di una sorgente di elettroni conforme all'invenzione , pu?* venire realizzato con l 'impiego di un altro materiale semiconduttore costituito , ad esempio , da un composto semiconduttore III-V o da silicio amorfo idrogenato o policristallino , depositato su di un substrato di vetroso di qualsiasi altro materiale di tipo appropriato.

RIVENDICAZIONI

1? Dispositivo semiconduttore per l'emissione

di un flusso di elettroni , comprendente un corpo semiconduttore , presentante una prima regione , a condutti__ vit? di tipo p-n ed una seconda regione separata, in senso relativo , da una barriera includente \jn a giunzione p-n disposta fra la prima regione e la seconda regione e connessioni elettrodiche facenti capo alla prima regione ed alla seconda regione ,

per applicare una differenza di potenziali ai capi della barriera allo scopo di polarizzare la prima regione positivamente rispetto alla seconda regione , allo scopo di stabilire un'alimentazione di elettroni fortemente eccitati che vengono iniettati dalla se_ conda regione , attraverso la barriera, nella prima

--regione, e .che.vengono..emes.si_da_una .area super.fi-_ - ciale del -C-0.rp-O-,.--.caratterizzat.o.._dal_.fatto.che il

-EEHE corpo- comp rende- inoline _una region.e__superficiale adiacente all! are_a-super fi.c.iale...dalla.quale_v_e.ngono . ?emessi?gli?el.et.tr.onh -f_ar?emerita eccitati, e che ccmprende una.concent razione. di droganti di...ti.p_.o_]3_,_.?.??lizzata- per formare ..tra...la prima.regione_.di tipo_ - n-G la. suddetta rea superficiale , un picco di po-_ ? t-enziale..che..risulta-distanz.iatQ.JialXg^sud.detta a-_ -rea superficiale, in. modo,da produrre adiacente--? mente-alla.,.suddetta._ar_ea_superiipiaie , un..campo d _ deriva ,in .grado di_acc.elerare.gli .elettroni, verso _ -. la suddetta .ssaxs area superficiale.

_ _2._ Sorgente..di. elettroni j n_ conformit?__ a quanto, illust rato..nella,rivendicazione 1, cara?' -1 eriz.zata..inoltre .dal fatta che la suddetta concep- _ --trazione?di _dr.oganti .di.tipo..p..della .regiqne__su-...penficiale risulta- esaurita, in ..fori per 1'intero

--sue. spessore ,.per .mez.zo...dello_.stratq_.di_esaurimen--t-o formato, con ..la suddett a..prima r egione anche ad ?una polarEzazione._par.i a..zero.. .. . .

.3. Sorgente, di .elettroni in conformila a ..quanto illustrato. .nella,rivendi cazione 1 o caraatterizzata ..inoltra .daliatt_Q_.che la_.suddetta r-egione superficiale- presenta uno spessore pari.,.al ..massimo, a 10 nanometri.

4? Dispositivoi?saaicendututore secondo una qual_ siasi delle precedenti rivendicazioni, ulteriormente caratterizzato dal fatto che la struttura della re_ gione formata dalla regione superficiale, dalla prima regione e dalla seconda regione, presenta soltanto due connessioni eiettrodiche, una delle quali e* con_ nessa a detta prima regione, mentre 1*altra e* collegata a detta seconda regione.

5? Dispositivo?semiconduttore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, ulteriormente caratterizzato dal fatto che la connessione elettrodica facente capo alla prima regione di tipo n, viene pure a contatto con una parte della regione superficiale ?

??''-A"?-6? Dispositivo- semiconduttore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la se_ conda regione presenta una conduttivit? di tipo n e risulta separata dalla prima regione di tipo n per mezzo di una barriera di tipo ? formante giun_ zioni ?-n con la prima regione di tipo n e con la seconda regione di tipo n.

P

7? Dispositivo semiconduttore secondo una qual_ siasi delle rivendicazioni da 1 a 5? caratterizzato dal fatto che la seconda regione presenta una condut_ tivit? di tipo ? mentre la barriera e* formata dalla

Claims (1)

1. giunzione p-n che la seconda regione di tipo ? folraa con la prima regione di tipo n.

   ? 8. Sorgente di elettroni in conformit? a quanto illustrato in una .qualsiasi delle r?vendji cazioni . che precedono , caratterizzata dal fatto o ne la suddetta a?ea superficiale risulta coperta di u n materiale in grado di ridurre il valore del lavorb di estrazione degli ss elettroni

   9 * Sorgente di elettroni ?s sostanziai I mente in conformit? a quanto descritto con rifer? mento alle figure 1 e 2 o 3 de_i disegni allegati.

   10. Apparecchiatura comprendente un ir ve lucro sotto vuoto entro il quale e possibile mant_enQ_re . un, certo. grado_ di vuoto e comprendente una sorgente di . elettroni secondo quanto river ? di cat o . in una qualsiasi delle rivendicazioni che precedono , la suddetta sorgente di elettroni essendo montata entro l? involucro per l ' emissione di elettroni nel suddetto ambiente sotto vuoto , du-.rant_e il funzionamento dell ' apparecchiatura.

   m TRADUZIONE CONFORME r'RFP.nR.r UFFICIO B-tV