Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров
Предложен практический способ формирования элементов субмикронных размеров с использованием совмещения с базовыми знаками стандартной проекционной литографии, предварительно созданными на этапе "нулевой" фотолитографии....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52878 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров / А.A. Дружинин, В.И. Голота, И.Т. Когут // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 50-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860216644621565952 |
|---|---|
| author | Дружинин, А.A. Голота, В.И. Когут, И.Т. |
| author_facet | Дружинин, А.A. Голота, В.И. Когут, И.Т. |
| citation_txt | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров / А.A. Дружинин, В.И. Голота, И.Т. Когут // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 50-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Предложен практический способ формирования элементов субмикронных размеров с использованием совмещения с базовыми знаками стандартной проекционной литографии, предварительно созданными на этапе "нулевой" фотолитографии.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:16:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5
50
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
16.04 2007 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Ï. Â. ÏÀÙÅÍÊÎ
(ÍÈÈ ßÔ, ã. Ìîñêâà)
Ä. ò. í. À. À. ÄÐÓÆÈÍÈÍ, Â . È. ÃÎËÎÒÀ, ê. ò. í. È. Ò. ÊÎÃÓÒ
Óêðàèíà, ã. Ëüâîâ, ÍÓ «Ëüâîâñêàÿ ïîëèòåõíèêà»;
ã. Èâàíî-Ôðàíêîâñê, Ïðèêàðïàòñêèé ÍÓ
E-mail: druzh@polynet.lviv.ua
Ïðåäëîæåí ïðàêòè÷åñêèé ñïîñîá ôîðìè-
ðîâàíèÿ ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìå-
ðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîâìåùåíèÿ ñ áàçî-
âûìè çíàêàìè ñòàíäàðòíîé ïðîåêöèîí-
íîé ëèòîãðàôèè, ïðåäâàðèòåëüíî ñîçäàí-
íûìè íà ýòàïå �íóëåâîé� ôîòîëèòîãðà-
ôèè.
Çà ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå âîçðîñëî êîëè÷åñòâî
ïóáëèêàöèé ïî óñòðîéñòâàì íà îñíîâå àâòîýìèññè-
îííîé âàêóóìíîé ìèêðîýëåêòðîíèêè. Òàêèå ìèêðî-
ýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â
ïëîñêèõ ýêðàíàõ òåëåâèçîðîâ è êîìïüþòåðîâ [1], à
òàêæå â áåçìàñî÷íîé ôîòîëèòîãðàôèè êàê àëüòåð-
íàòèâíîé ïî îòíîøåíèþ ê ïðîåêöèîííîé ëèòîãðà-
ôèè ïðè ïðîèçâîäñòâå èíòåãðàëüíûõ ñõåì [2�4]. Â
áåçìàñî÷íîé ôîòîëèòîãðàôèè âìåñòî ìàñêè èñïîëü-
çóåòñÿ êðåìíèåâàÿ ïëàñòèíà ñ ìàòðèöàìè àâòîýìèñ-
ñèîííûõ êàòîäîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ. Ðàáîòîé
òàêèõ êàòîäîâ óïðàâëÿþò ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÀÏÐ
ôàéëîâ, êîòîðûå ñîäåðæàò ïîñëîéíóþ òîïîëîãè÷å-
ñêóþ èíôîðìàöèþ îá èíòåãðàëüíîé ñõåìå. Ðàçðåøà-
þùàÿ ñïîñîáíîñòü è ïðîèçâîäèòåëüíîñòü áåçìàñî÷-
íîé ôîòîëèòîãðàôèè â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðå-
äåëÿåòñÿ òåõíîëîãèåé èçãîòîâëåíèÿ êàê îòäåëüíûõ
êàòîäîâ ñ ôîêóñèðóþùèìè ýëåêòðîäàìè, òàê è èõ
ìàòðèö, ìîíîëèòíî èíòåãðèðîâàííûõ ñî ñõåìàìè
óïðàâëåíèÿ íà îäíîì êðèñòàëëå.
Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà
ïðàêòè÷åñêîãî ñïîñîáà ôîðìèðîâàíèÿ òîïîëîãè÷å-
ñêèõ ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ; ìîäåëèðî-
âàíèå òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ êðåìíèåâûõ êàòîäîâ
ñ ðàçíîé ôîðìîé îñòðèé ïî ÊÌÎÏ-òåõíîëîãèè ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì ôîòîøàáëîíîâ ìèêðîííûõ ðàçìåðîâ:
äâóõìåðíîå ìîäåëèðîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ àâ-
òîýìèññèîííîãî êàòîäà.
Àíàëèç òåõíîëîãèé èçãîòîâëåíèÿ
àâòîýìèññèîííûõ êàòîäîâ
Âïåðâûå òåõíîëîãèþ èçãîòîâëåíèÿ àâòîýìèññè-
îííûõ êàòîäîâ ðàçðàáîòàë Ñïèíäò [5]. Ïóòåì îñàæ-
äåíèÿ â âàêóóìå áûë ñôîðìèðîâàí ìàòðè÷íûé àâòî-
ýìèññèîííûé êàòîä ñ êîëè÷åñòâîì îñòðèé äî 5000 è
ïëîòíîñòüþ óïàêîâêè 6,4×105 ñì�2. Ïðè íàïðÿæåíè-
ÿõ 100�300 Â ýìèññèîííûé òîê ñ îäíîãî îñòðèÿ ñî-
ñòàâëÿë 50�150 ìêÀ â ñòàòè÷åñêîì ðåæèìå.
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÈÇÃÎÒÎÂËÅÍÈß ÀÂÒÎÝÌÈÑÑÈÎÍÍÛÕ
ÊÐÅÌÍÈÅÂÛÕ ÊÀÒÎÄÎÂ ÑÓÁÌÈÊÐÎÍÍÛÕ ÐÀÇÌÅÐÎÂ
Êðîìå òåõíîëîãèè îñàæäåíèÿ â âàêóóìå îñòðèé
èç òóãîïëàâêèõ ìåòàëëîâ, ñåé÷àñ ðàçðàáàòûâàþòñÿ
òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ êàòîäîâ èç óãëåðîäíûõ íà-
íîòðóáîê è ïîëóïðîâîäíèêîâ. Òàê, â [6] îïèñàí 10-
ýòàïíûé òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ èçãîòîâëåíèÿ óã-
ëåðîäíûõ íàíîòðóáîê, èíòåãðèðîâàííûõ ñ ìîëèá-
äåíîâûìè ôîêóñèðóþùèìè ýëåêòðîäàìè. Íà êðåì-
íèåâîé ïîäëîæêå ðàçìåðàìè 10×10 ìì ðàçìåùåíû
óãëåðîäíûå íàíîòðóáêè ñ ïëîòíîñòüþ óïàêîâêè
3·106 ñì�2. Ïðè íàïðÿæåíèÿõ 65�75  ïîëó÷åí ýìèñ-
ñèîííûé òîê îäíîé íàíîòðóáêè â 50�500 íÀ â ñòà-
òè÷åñêîì ðåæèìå. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê òàêîãî
óñòðîéñòâà � íåñòàáèëüíîñòü ãåîìåòðèè è ýìèññèîí-
íîãî òîêà íàíîòðóáîê.
Ïåðâàÿ çàïàòåíòîâàííàÿ òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ
êðåìíèåâûõ êàòîäîâ èñïîëüçîâàëà îáû÷íûå îïåðà-
öèè ñóõîãî òðàâëåíèÿ êðåìíèÿ è îêèñëèòåëüíîãî çà-
îñòðåíèÿ [7]. Îíà äàåò ãëàäêóþ ïîâåðõíîñòü îñòðèé
è ìàëûé ðàäèóñ çàêðóãëåíèÿ âåðøèí. Â [8] êðåìíèå-
âûå êàòîäû çàîñòðÿëèñü è ïîëèðîâàëèñü áîìáàðäè-
ðîâêîé èîíàìè Ar, ïîñëå ÷åãî ïîêðûâàëèñü ïëåíêîé
àëìàçîïîäîáíîãî óãëåðîäà. Ïëîòíîñòü óïàêîâêè ñî-
ñòàâèëà 2,5·105 ñì�2. Ïðè íàïðÿæåíèÿõ 10�15  òîê
ýìèññèè îäíîãî îñòðèÿ â ñòàòè÷åñêîì ðåæèìå ñîñòà-
âèë 10 ìêÀ. Îäíàêî ïðè íåáîëüøèõ îòêëîíåíèÿõ îò
äèàïàçîíà ðàáî÷èõ íàïðÿæåíèé, íàïðèìåð 16 Â, âîç-
íèêàåò ïðîáîé, è ÷àñòü êàòîäîâ ðàçðóøàåòñÿ.
 [9] ïðåäëîæåí ïðîñòîé 5-ýòàïíûé òåõíîëîãè-
÷åñêèé ïðîöåññ èçãîòîâëåíèÿ ïèðàìèäàëüíûõ êàòî-
äîâ. Èñïîëüçóÿ êðóãîâûå îòâåðñòèÿ â ôîòîðåçèñòå,
âûñîêîýíåðãåòè÷åñêîé èìïëàíòàöèåé BR2 íàðóøà-
þò êðåìíèåâóþ ðåøåòêó ïîäëîæêè, êîòîðàÿ â äàëü-
íåéøåì ñëóæèò ìàñêîé äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ
îñòðèé ñ ïîìîùüþ æèäêîñòíîãî õèìè÷åñêîãî àíè-
çîòðîïíîãî òðàâëåíèÿ. Ïîëó÷åíà ïëîòíîñòü óïàêîâ-
êè ïðèìåðíî 1·107 ñì�2. Ïðè íàïðÿæåíèÿõ 30�50 Â
òîê ýìèññèè îäíîãî îñòðèÿ â ñòàòè÷åñêîì ðåæèìå
ñîñòàâèë 0,2�8 ìêÀ. Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì òàêîé
òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü ðàçìåðà àïåðòóð
ýëåêòðîäîâ îò âûñîòû ýìèòòåðîâ.
Ïîëó÷åíèå ðåãóëÿðíûõ ñòðóêòóð êðåìíèåâûõ êà-
òîäîâ äëÿ íèçêîâîëüòíûõ ïðèëîæåíèé ñ èñïîëüçî-
âàíèåì èíòåðôåðåíöèîííîãî ëèòîãðàôà ïðåäëîæå-
íî â [10]. Ïîëó÷åíà ïëîòíîñòü óïàêîâêè 2,5·109 ñì�2.
Ïðè íàïðÿæåíèÿõ 13�21 Â òîê ýìèññèè îäíîãî îñò-
ðèÿ â ñòàòè÷åñêîì ðåæèìå ñîñòàâèë 1�30 ìêÀ. Ïðè
ýòîì ýìèññèÿ ïîëó÷åíà ïðè òàêèõ íèçêèõ íàïðÿæå-
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5
51
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
íèÿõ çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ àïåðòóðû ýëåêòðîäîâ äî
70 íì è çàîñòðåíèÿ âåðøèí îñòðèé äî ðàäèóñà 2 íì.
Ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ
ïîâðåæäåíèå äî 50% îñòðèé â ïðîöåññå õèìèêî-ìå-
õàíè÷åñêîãî ïîëèðîâàíèÿ ïîëèêðåìíèåâûõ ýëåêòðî-
äîâ ñ âóëêàíîïîäîáíûì ïðîôèëåì.
Äëÿ ôîêóñèðîâàíèÿ ýìèññèîííûõ ýëåêòðîíîâ â
ëó÷ íåîáõîäèìîãî ðàçìåðà èñïîëüçóþòñÿ ìíîãîýëåê-
òðîäíûå ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå ëèíçû [11]. Òàê, ëèíçû
ñ ÷åòûðüìÿ ýëåêòðîäàìè ïîçâîëÿþò ñôîêóñèðîâàòü
ýëåêòðîííûé ëó÷ ê äèàìåòðó 10 íì íà ðàññòîÿíèè
100 ìêì [6].
Àâòîýìèññèîííûå êàòîäû, èçãîòîâëåííûå ïî ñî-
âðåìåííûì òåõíîëîãèÿì, äàþò ýìèññèþ ýëåêòðîíîâ
ïðè íàïðÿæåíèÿõ 30�60  çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ
ýêñòðàêöèîííûõ ýëåêòðîäîâ ñ àïåðòóðîé äî 100 íì.
Òåõíîëîãèè ñ óíèêàëüíûì îáîðóäîâàíèåì ïîçâîëÿþò
ïîëó÷àòü ðàçìåðû àïåðòóðû ýëåêòðîäîâ ìåíåå 100 íì
è çà ñ÷åò ýòîãî ïîíèçèòü íàïðÿæåíèå ýìèññèè äî 10�
15 Â. Íåñìîòðÿ íà îòëè÷èÿ, â íèõ îñòàþòñÿ àêòóàëü-
íûìè çàäà÷è àâòîôîêóñèðîâêè ýëåêòðîííîãî ëó÷à,
ñòàáèëèçàöèè ýìèññèîííîãî òîêà è ìîíîëèòíîé èí-
òåãðàöèè ñ ñèñòåìàìè óïðàâëåíèÿ íà îäíîì êðèñòàë-
ëå. Ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì ðàññìîòðåííûõ òåõ-
íîëîãèé ÿâëÿåòñÿ òàêæå èõ îãðàíè÷åííîñòü � âîç-
ìîæíîñòü èçãîòîâëåíèÿ ðåãóëÿðíûõ ñòðóêòóð êàòî-
äîâ òîëüêî îäèíàêîâîé ôîðìû è ðàçìåðîâ.
Ôîðìèðîâàíèå ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ
ðàçìåðîâ
Äëÿ èçãîòîâëåíèÿ àâòîýìèññèîííûõ êàòîäîâ íà
ïîâåðõíîñòè êðåìíèåâîé ïëàñòèíû íåîáõîäèìî
ñôîðìèðîâàòü ðåãóëÿðíî ðàñïîëîæåííûå ìàñêèðóþ-
ùèå èçîáðàæåíèÿ ôîòîëèòîãðàôèåé ñ ñóáìèêðîííîé
ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ. Â [12] ïðåäëîæåí ïðî-
ñòîé ñïîñîá ôîðìèðîâàíèÿ òîïîëîãè÷åñêèõ ýëåìåí-
òîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðò-
íîé ïðîåêöèîííîé ëèòîãðàôèè. Ðåàëüíûå ìèíèìàëü-
íî âîçìîæíûå òîïîëîãè÷åñêèå ðàçìåðû ýëåìåíòîâ â
ïðîåêöèîííîé ëèòîãðàôèè îïðåäåëÿþòñÿ â îñíîâíîì
äëèíîé âîëíû ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ôî-
òîðåçèñòîâ è ñîñòàâëÿþò 0,8�1,2 ìêì, íî òî÷íîñòü
ñîâìåùåíèÿ äëÿ ïðîåêöèîííîé ôîòîëèòîãðàôèè ÿâ-
ëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîé è ñîñòàâëÿåò 40�100 íì.
Ýòîò ïàðàìåòð ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëÿþùèì ïðè ôîðìè-
ðîâàíèè ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ ýëåìåíòîâ. Ïîñëå-
äîâàòåëüíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ òàêèõ ýëåìåíòîâ ïî-
êàçàíà íà ðèñ. 1.
Íà êðåìíèåâóþ ïëàñòèíó îñàæäàåòñÿ ïëåíêà SiO2
è íàíîñèòñÿ ôîòîðåçèñò. Â ðåçóëüòàòå ýêñïîçèöèè è
ïåðâîé ïðîåêöèîííîé ôîòîëèòîãðàôèè Ô1 ôîðìè-
ðóåòñÿ ïëåíî÷íûé òîïîëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ñ ðàçìå-
ðîì L≥1 ìêì (ðèñ. 1, à). Ïîñëå ñíÿòèÿ ïåðâîãî ôîòî-
ðåçèñòà è âòîðîé ôîòîëèòîãðàôèè Ô2 ïëåíêà ôîòî-
ðåçèñòà ìàñêèðóåò ïëåíêó SiO2 íà çàïðîåêòèðîâàí-
íóþ âåëè÷èíó ðàçìåðà òîïîëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà
L<1 ìêì (ðèñ.1, á). Ñîâìåùåíèå íà îáåèõ ñòàäèÿõ
ïðîâîäèòñÿ äî îäíèõ áàçîâûõ çíàêîâ ñîâìåùåíèÿ
ïðîåêöèîííîé ôîòîëèòîãðàôèè, ïðåäâàðèòåëüíî ñî-
çäàííûõ íà ýòàïå òàê íàçûâàåìîé «íóëåâîé» ôîòî-
ëèòîãðàôèè. Â ðåçóëüòàòå ïîñëåäóþùåé òåõíîëîãè-
÷åñêîé îïåðàöèè ñóõîãî ïëàçìîõèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ
ïëåíêè SiO2 ïîëó÷àåòñÿ ïëåíêà ñ ðàçìåðîì L<1 ìêì,
ïîêðûòàÿ ôîòîðåçèñòîì (ðèñ. 1, â). Ïîñëåäíåé âû-
ïîëíÿåòñÿ îïåðàöèÿ ñíÿòèÿ ôîòîðåçèñòà (ðèñ. 1, ã).
Ñïîñîá ïðàêòè÷åñêè ïðîâåðÿëñÿ ñ èñïîëüçîâàíè-
åì ëàçåðíî-ðåêðèñòàëëèçèðîâàííûõ ñòðóêòóð êðåì-
íèé-íà-èçîëÿòîðå (ÊÍÈ) ñ òîëùèíîé êðåìíèåâîé
ïîäëîæêè 0,2 ìêì, â êîòîðîé ôîðìèðîâàëèñü òîïî-
ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû òèïà «çàòâîð» ÌÎÏ-òðàíçèñ-
òîðà, à òàêæå ïëåíêè SiO2 òîëùèíîé 0,4 ìêì, â êîòî-
ðîé ôîðìèðîâàëèñü òîïîëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû òèïà
«îêíî». Áûëè ñïðîåêòèðîâàíû íàáîðû òåñòîâûõ ýëå-
ìåíòîâ ñ íà÷àëüíûìè ðàçìåðàìè L=1,6 ìêì äëÿ ïåð-
âîé ôîòîëèòîãðàôèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ôîòîøàáëî-
íîâ ñòàíäàðòíîé ïðîåêöèîííîé ôîòîëèòîãðàôèè ñ
óìåíüøåííûì (10:1) èçîáðàæåíèåì, à òàêæå íàáî-
ðû òîïîëîãè÷åñêèõ òåñòîâûõ ýëåìåíòîâ ñ ðàçíûìè
âåëè÷èíàìè ïåðåêðûòèÿ ôîòîðåçèñòîì âûòðàâëèâà-
åìûõ ýëåìåíòîâ ñ øàãîì 50 íì. Â ðåçóëüòàòå áûëè
ïîëó÷åíû òîïîëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ñóáìèêðîííûõ
ðàçìåðîâ â äèàïàçîíå 150�100 íì.
Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòíîé ïðî-
åêöèîííîé ëèòîãðàôèè ïîçâîëÿåò ñòàáèëüíî ïîëó-
÷àòü òîïîëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ñóáìèêðîííûõ ðàç-
ìåðîâ.
Òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ àâòîýìèññèîííûõ
êàòîäîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ
Èñïîëüçóÿ âûøåóêàçàííûé ñïîñîá ôîðìèðîâà-
íèÿ ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ, ïðîìîäå-
ëèðîâàíà òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ àâòîýìèññèîí-
íûõ êðåìíèåâûõ êàòîäîâ, êîòîðàÿ ïðåäñòàâëÿåò ñî-
áîé ñëåäóþùóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áàçîâûõ îïå-
ðàöèé (ðèñ. 2).
1. Îñàæäåíèå ïëåíêè SiO2.
2. Ôîòîëèòîãðàôèÿ 1 è ôîðìèðîâàíèå ìàñêèðó-
þùèõ èçîáðàæåíèé (ðèñ. 2, à).
3. Ãàçîâîå õèìè÷åñêîå èçîòðîïíîå òðàâëåíèå ïî-
âåðõíîñòè êðåìíèåâîé ïëàñòèíû n-òèïà (100) äëÿ
ïîëó÷åíèÿ ïðîôèëÿ îñòðèé (ðèñ. 2, á).
4. Òåðìè÷åñêîå îêèñëåíèå îñòðèé â ñðåäå O2.
5. Æèäêîñòíîå õèìè÷åñêîå òðàâëåíèå ïëåíêè
SiO2 äëÿ çàîñòðåíèÿ êðåìíèåâûõ îñòðèé.
6. Îñàæäåíèå íà ïîâåðõíîñòü îñòðèé ìåòàëëà
(W), õîðîøî ñîðáèðóþùåãî ãàçû (ðèñ. 2, â).
7. Êîíôîðìíîå îñàæäåíèå íà ïîâåðõíîñòü îñò-
ðèé ñëîÿ SiO2.
8. Ïëàíàðèçàöèÿ ïîâåðõíîñòè ñëîÿ SiO2 (ðèñ. 2, ã).
9. Îñàæäåíèå ìåòàëëà (Mo), ñòîéêîãî ê äåéñòâèþ
ýëåêòðîíîâ.
à)
Ô1
Ô2
Si
L≥1 ìêì
á)
â)
ã)
L<1 ìêì
Ðèñ. 1. Ôîðìèðîâàíèå ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ:
a � ôîòîëèòîãðàôèÿ 1; á � ôîòîëèòîãðàôèÿ 2 ñ ïðîåêòíûì ñìå-
ùåíèåì; â � òðàâëåíèå SiO2; ã � òðàâëåíèå ôîòîðåçèñòà
SiO2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5
52
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
Ðèñ. 3. Àâòîýìèññèîííûå êàòîäû ðàçíîé ôîðìû:
à � îäíîîñòðèéíûé; á � òðåõîñòðèéíûé; â � ëåçâèéíûé;
1 � êðåìíèåâàÿ ïëàñòèíà; 2 � îñàæäåííàÿ ïëåíêà W; 3 � ñëîé SiO2; 4 � ýêñòðàêöèîííûé ýëåêòðîä èç Ìî
4
1 2 3
4
â)á) 4
1 2 3
4
à) 4
1 2 3
4
Ðèñ. 2. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èçãîòîâëåíèÿ àâòîýìèññèîííûõ êàòîäîâ. Ðàçìåðû ïî îñÿì X è
Y ïðèâåäåíû â ìèêðîìåòðàõ
à) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
á) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
â) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
ã) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
ä) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
å) 0,2
0
�0,2
�0,4
�0,6
�0,8
�1
0 0,5 1 1,5 2,5
à)
100,0
0,5
0
�0,5
�1
0 0,5 1 1,5 2
1
2
ìêì
ìêì
3
5
4
Ðèñ. 4. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå àâòîýìèññèîííîãî êàòîäà â
âàêóóìå (à), ïîãðóæåííîãî â ñëîé SiO2 (á), ñ äîïîëíèòåëü-
íûì ôîêóñèðóþùèì ýëåêòðîäîì (â):
1 � ýêñïîíèðóåìàÿ êðåìíèåâàÿ ïëàñòèíà (U=10 Â); 2 � ñèëîâûå
ëèíèè; 3 � ýêâèïîòåíöèàëüíûå ëèíèè; 4 � ýêñòðàêöèîííûé ýëåê-
òðîä (U=0 Â); 5 � êðåìíèåâûé êàòîä (U= �100 Â); 6 � ýïèòàêñè-
àëüíûé ñëîé SiO2; 7 � ôîêóñèðóþùèé ýëåêòðîä (U= �10 Â)
ìêì
á)
100,0
0,5
0
�0,5
�1
0 0,5 1 1,5 2
ìêì
ìêì
1
23
5
6
4
â)
100,0
0,5
0
�0,5
�1
0 0,5 1 1,5 2
ìêì 1
23
5
6
7
4
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5
53
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
10. Ôîòîëèòîãðàôèÿ 2 è ôîðìèðîâàíèå àïåðòóð
ýëåêòðîäîâ (ðèñ. 2, ä).
11. Ãàçîâîå õèìè÷åñêîå èçîòðîïíîå òðàâëåíèå
ñëîÿ SiO2 íà çàäàííóþ ãëóáèíó (ðèñ. 2, å).
Èñïîëüçóÿ ðàçíûå íàáîðû ôîòîøàáëîíîâ, ìîæ-
íî ïî îäíîé òåõíîëîãèè èçãîòîâèòü ðåãóëÿðíûå
ñòðóêòóðû ñ ðàçíîé ôîðìîé è ðàçìåðàìè êàòîäîâ:
îäíîîñòðèéíûå, ìíîãîîñòðèéíûå è ëåçâèéíûå. Íà
ðèñ. 3 ïîêàçàíû ôðîíòàëüíûå è ãîðèçîíòàëüíûå ïðî-
åêöèè îäíîîñòðèéíûõ, òðåõîñòðèéíûõ è ëåçâèéíûõ
êàòîäîâ.
Ïðåäëîæåííàÿ òåõíîëîãèÿ íå èñïîëüçóåò ñàìîñîâ-
ìåùåíèÿ ýëåêòðîäîâ, ïðèâîäÿùåãî ê îáðàçîâàíèþ
âóëêàíîïîäîáíûõ ïðîôèëåé. Ýòî îáåñïå÷èâàåò ïëà-
íàðíîñòü ýëåêòðîäîâ, âîçìîæíîñòü èõ ðàñïîëîæåíèÿ
êàê âûøå, òàê è íèæå êàòîäà, à òàêæå ïîëó÷åíèå òðå-
áóåìûõ ðàçìåðîâ àïåðòóð. Òàê, äëÿ ïîêàçàííûõ íà
ðèñ. 2 ãåîìåòðè÷åñêèõ ôîðì êàòîäà è ýêñòðàêöèîí-
íîãî ýëåêòðîäà ïðè ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ â 100 Â
ñîçäàåòñÿ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, äî-
ñòàòî÷íàÿ äëÿ àâòîýëåêòðîííîé ýìèññèè â âàêóóìå
1,5·10�5 Ïà. Îñàæäåíèå íà ïîâåðõíîñòü îñòðèé ìå-
òàëëà, ëó÷øå ñîðáèðóþùåãî ãàçû ïî ñðàâíåíèþ ñ
êðåìíèåì, ïîçâîëÿåò ÷èñòèòü åå ïåðèîäè÷åñêèì èì-
ïóëüñíûì íàãðåâîì, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ñòàáèëüíîñòè
ãåîìåòðè÷åñêîé ôîðìû îñòðèé è ýìèññèîííîãî òîêà,
à òàêæå äîëãîâå÷íîñòè ðàáîòû. Âîçìîæíîñòü ôîð-
ìèðîâàíèÿ ðåãóëÿðíûõ ñòðóêòóð ñ ðàçíîé ôîðìîé è
ðàçìåðàìè êàòîäîâ çíà÷èòåëüíî ðàñøèðÿåò îáëàñòü
èõ ïðèìåíåíèÿ.
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå àâòîýìèññèîííîãî êàòîäà
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû êîìïüþòåðíîãî
ìîäåëèðîâàíèÿ ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ [13]
ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ àâòîýìèññèîííîãî êàòîäà (ïî-
âåðõíîñòè, ê êîòîðûì ïðèëîæåí ïîòåíöèàë, îòìå÷å-
íû æèðíîé ëèíèåé). Îðèãèíàëüíîå ïîãðóæåíèå âñå-
ãî êàòîäà, êðîìå èçëó÷àþùåé âåðøèíû, â ñëîé SiO2
ïðåïÿòñòâóåò ýìèññèè ýëåêòðîíîâ ñ ìèêðîíåðîâíîñ-
òåé ïîäíîæüÿ îñòðèé, çàùèùàåò îò áîìáàðäèðîâêè
èîíàìè è óìåíüøàåò ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè, ñîðáè-
ðóþùåé ãàçû. Ïëàíàðíîå ðàñïîëîæåíèå ýêñòðàêöè-
îííîãî ýëåêòðîäà ôîðìèðóåò àêñèàëüíî-ñèììåòðè÷-
íûå ýêâèïîòåíöèàëüíûå ëèíèè è ðàñõîäÿùèåñÿ ñ âåð-
øèíû êàòîäà ñèëîâûå ëèíèè. Äëÿ ýêñïîíèðîâàíèÿ
êðåìíèåâîé ïëàñòèíû ýëåêòðîííûì ëó÷îì íåîáõî-
äèìû ñõîäÿùèåñÿ ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ. Ñõîäÿùèåñÿ ñèëîâûå ëèíèè ìîæíî ïîëó÷èòü
ñ ïîìîùüþ äîïîëíèòåëüíîãî ôîêóñèðóþùåãî ýëåê-
òðîäà.
Çàêëþ÷åíèå
Ïðåäëîæåí ïðàêòè÷åñêèé ñïîñîá ôîðìèðîâàíèÿ
ýëåìåíòîâ ñóáìèêðîííûõ ðàçìåðîâ ñ èñïîëüçîâàíè-
åì ñîâìåùåíèÿ ñ áàçîâûìè çíàêàìè ñòàíäàðòíîé
ïðîåêöèîííîé ëèòîãðàôèè, ïðåäâàðèòåëüíî ñîçäàí-
íûìè íà ýòàïå òàê íàçûâàåìîé �íóëåâîé� ôîòîëè-
òîãðàôèè. Ïîëó÷åíà ìîäåëü òåõíîëîãèè èçãîòîâëå-
íèÿ àâòîýìèññèîííûõ êðåìíèåâûõ êàòîäîâ ñóáìèê-
ðîííûõ ðàçìåðîâ ñ ïëàíàðíî ðàñïîëîæåííûìè ýëåê-
òðîäàìè è ïîãðóæåííûìè â ñëîé SiO2 ïîäíîæüÿìè
êàòîäîâ. Èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ íàáîðîâ ôîòî-
øàáëîíîâ ïîçâîëÿåò ïî îäíîé òåõíîëîãèè ïîëó÷àòü
ðåãóëÿðíûå ñòðóêòóðû êàòîäîâ ðàçíîé ôîðìû è ðàç-
ìåðîâ: îäíîîñòðèéíûå, ìíîãîîñòðèéíûå è ëåçâèé-
íûå.
Ïî ðåçóëüòàòàì äâóõìåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ýëåê-
òðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè çàäàííûõ íàïðÿæåíèÿõ êàòîäà,
ýëåêòðîäîâ è àíîäà ïîêàçàíî, ÷òî äîïîëíèòåëüíûé
ôîêóñèðóþùèé ýëåêòðîä ôîðìèðóåò ñõîäÿùèåñÿ ñè-
ëîâûå ëèíèè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Tcherepanov A. Y., Chakhovskoi A. G., Sharov V. B. Flat panel
display using low-voltage carbon field emitters // J. of Vac. Sci. and
Technol.� 1995.� Vol. B13(2).� P. 482�486.
2. Àëôåðîâ Æ. Ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ ýëåêòðîíèêà â Ðîññèè.
Ñîñòîÿíèå è ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ // Ýëåêòðîíèêà: ÍÒÁ.�
2005.� ¹ 4.� C. 5�9.
3. Ware P. Removing the mask // The SPIE Magazine of Photonics
and Applications.� 2002.� Vol. 2 (3).� P. 26�27.
4. Ãîëîòà Â. ²., Äðóæèí³í À. Î., Êîãóò ². Ò. Ñó÷àñíèé ñòàí ³
íàïðÿìêè äîñë³äæåíü íàíîìåòðîâî¿ ë³òîãðàô³¿ // ³ñíèê ÍÓ �ËÏ�
Ñåð. Åëåêòðîí³êà.� 2006.� ¹ 423.� Ñ. 76�80.
5. Spindt C. A., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E. R. Physical
properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones
// J. Appl. Phys.� 1976.� Vol. 47 (12).� P. 5248�5263.
6. Bailor L. R., Lowndes D. H., Simpson M. L. et al. Digital
electrostatic electron-beam array lithography // J. of Vac. Sci. and
Technol.� 2002.� Vol. B 20(6).� P. 2646�2650.
7. Pat. 3970887 USA. Micro-structure field emission electron
source / D. O. Smith, J. S. Judge, M. Trongello, P. R. Thronton.�
1976.
8. Lee Sanjo, Lee Sunnup, Lee Sungwoon, Leon D. Self-aligned
silicon tips coated with diamond like carbon // J. of Vac. Sci. and
Technol.� 1997.� Vol. B 15(2).� P. 457�459.
9. Takashi Tanii, Satoru Fujita, Yoshitery Numao et al. A novel
process for fabrication of gated silicon field emitter array taking
advantage of ion beam bombardment retarted etching // Japanese Journal
of Applied Physics.� 2005.� Vol. 44, N 7A.� P. 5191�5192.
10. Pflug D., Scattenburg M., Smith H., Akinwande A. Field
emitter array for low voltage application with sub 100 nm apertures
and 200 nm period // IEEE Intern. Electron Device Meeting. Technical
digest.� Washington, DC.� 2001.� P. 851�854.
11. Dvorson L., Kymissis I., Akinwande A. I. Double-gated silicon
field emitter // J. of Vac. Sci. and Technol.� 2003.� Vol. B 21(1).�
P. 486�494.
12. Ïàò. 18536 Óêðà¿íè. Ñïîñ³á ôîðìóâàííÿ òîïîëîã³÷íèõ
çîáðàæåíü ì³êðîåëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â / ². Ò. Êîãóò, À. Î. Äðó-
æèí³í, Â. ². Ãîëîòà.� 2007.� Áþë. ¹ 11.
13. Çåíêåâè÷ Î. Ìåòîäû êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ â òåõíèêå.� Ì.:
Ìèð, 1975.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52878 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:16:47Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дружинин, А.A. Голота, В.И. Когут, И.Т. 2014-01-08T19:03:41Z 2014-01-08T19:03:41Z 2007 Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров / А.A. Дружинин, В.И. Голота, И.Т. Когут // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 50-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52878 Предложен практический способ формирования элементов субмикронных размеров с использованием совмещения с базовыми знаками стандартной проекционной литографии, предварительно созданными на этапе "нулевой" фотолитографии. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Технологические процессы и оборудование Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров Технологія виготовлення автоемісійних кремнієвих катодів субмікронних розмірів The preparation technology of field emission silicon cathode Article published earlier |
| spellingShingle | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров Дружинин, А.A. Голота, В.И. Когут, И.Т. Технологические процессы и оборудование |
| title | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| title_alt | Технологія виготовлення автоемісійних кремнієвих катодів субмікронних розмірів The preparation technology of field emission silicon cathode |
| title_full | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| title_fullStr | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| title_full_unstemmed | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| title_short | Технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| title_sort | технология изготовления автоэмиссионных кремниевых катодов субмикронных размеров |
| topic | Технологические процессы и оборудование |
| topic_facet | Технологические процессы и оборудование |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52878 |
| work_keys_str_mv | AT družininaa tehnologiâizgotovleniâavtoémissionnyhkremnievyhkatodovsubmikronnyhrazmerov AT golotavi tehnologiâizgotovleniâavtoémissionnyhkremnievyhkatodovsubmikronnyhrazmerov AT kogutit tehnologiâizgotovleniâavtoémissionnyhkremnievyhkatodovsubmikronnyhrazmerov AT družininaa tehnologíâvigotovlennâavtoemísíinihkremníêvihkatodívsubmíkronnihrozmírív AT golotavi tehnologíâvigotovlennâavtoemísíinihkremníêvihkatodívsubmíkronnihrozmírív AT kogutit tehnologíâvigotovlennâavtoemísíinihkremníêvihkatodívsubmíkronnihrozmírív AT družininaa thepreparationtechnologyoffieldemissionsiliconcathode AT golotavi thepreparationtechnologyoffieldemissionsiliconcathode AT kogutit thepreparationtechnologyoffieldemissionsiliconcathode |