專利名稱：場致發(fā)射背板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場致發(fā)射背板和相關(guān)設(shè)置及制造方法。雖然不是獨(dú)有地，本發(fā)明尤其涉及場致發(fā)射背板，其包括多個通過激光結(jié)晶和選擇性生長而形成的發(fā)射位置或“硅尖端”。本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)用于顯示器。
背景技術(shù)：
在電子技術(shù)領(lǐng)域，平板顯示器是非常重要的。在當(dāng)前發(fā)展中，有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)開始挑戰(zhàn)陰極射線管(CRT)技術(shù)的統(tǒng)治。AMLCD元件是非輻射的，并且需要光刻技術(shù)。需要濾光器和匹配光譜背光來產(chǎn)生色彩。然而，在AMLCD元件中存在大量光耗和固有復(fù)雜性，因?yàn)橐壕Р牧系姆蔷€性特性。這導(dǎo)致顯示器的亮度低于CRT，并且具有更小的色域和更差的視角、對比度。還有，由于顯示器的非輻射特性，經(jīng)常造成輸入電源的低效率使用，與非有效能量一樣，具有大大超過70％的能耗。
根據(jù)常規(guī)‘Spindt Tip’技術(shù)，場致發(fā)射顯示器希望解決平板顯示器問題。場致發(fā)射顯示器(FED)實(shí)質(zhì)上是平面陰極射線管(CRT)元件。然而，勝于一個電子槍在屏幕上的磷光體中穿過蔭罩板發(fā)射電子，F(xiàn)ED在每個顯示像素上具有幾十或幾百個獨(dú)立的尖端。在發(fā)明人Cap Spindt之后，公知的尖端是Spindt尖端。制造工藝依賴于使用影印法定義柵金屬中的孔的圖形。然后以“底切”的各向同性濕蝕刻方式蝕刻底層絕緣體，留下金屬下的井。然后在處于斜角的表面上蒸發(fā)損失層(通常為鎳)，確保不填充井。然后穿過井中的孔蒸發(fā)發(fā)射器材料(通常為鎢或鉬)。由于蒸發(fā)金屬建立在表面上，在損失層上，由于厚度增加它封閉了孔，并且影響在井中提供發(fā)射器尖端。然后通過蝕刻損失層，去除頂部金屬，留下尖端、井和原始柵金屬。這形成了Spindt尖端的背板。然后使用隔離件將包括壓花磷光體的頂板相對于背板放置。抽空成品元件容許發(fā)射電子具有長期平均自由行程。已充分理解微尖端中的場致發(fā)射原理，并且由Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)控制。然后，發(fā)射電流、由此產(chǎn)生的顯示器亮度只依賴于電流強(qiáng)度、尖端數(shù)量和它們的銳度，也就是I＝JFNnα這里，n是尖端數(shù)量，α是尖端銳度，JFN是Fowler-Nordheim隧道電流強(qiáng)度。
尖端將提供尖銳的電子源，該電子源將提供注入例如磷的熱電子。
遺憾的是，制造中的極度復(fù)雜化限制了這種技術(shù)的使用。此外，晶狀硅發(fā)射器受晶片尺寸限制。
其它薄膜材料也可以用于場致發(fā)射。對于鉆石來說，碳是主要競爭者，菱形碳和碳納米管也是合適的。使用鉆石好像是良好選擇，盡管難于制造，并且現(xiàn)在也已經(jīng)對被認(rèn)為具有負(fù)電子親合力的、要求具有鉆石的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了質(zhì)疑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明至少一個方面的至少一個實(shí)施例的目的是消除或至少減輕在先技術(shù)中至少一個前述問題。
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供形成場致發(fā)射背板的方法，包括在襯底上提供基于非晶半導(dǎo)體的材料的平面體；至少在部分基于非晶半導(dǎo)體的材料上進(jìn)行激光結(jié)晶；其中當(dāng)結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料時，形成多個發(fā)射器位置。
優(yōu)選地，通過在襯底上沉積薄膜材料，提供基于非晶半導(dǎo)體的材料的平面體。
便利地，基于半導(dǎo)體的材料是硅及其合金。
優(yōu)選地，使用受激準(zhǔn)分子激光器或Nd:YAG激光器執(zhí)行激光結(jié)晶。
便利地，受激準(zhǔn)分子激光器是KrF激光器。
可以理解，在本發(fā)明的正文中，術(shù)語“薄膜”用來定義幾個納米厚的膜，例如1-100nm，典型地為10nm。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供場致發(fā)射背板，包括多個發(fā)射器位置，其通過基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的激光結(jié)晶形成。
便利地，基于半導(dǎo)體的材料是硅或者其合金。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供場致發(fā)射元件，包括具有多個發(fā)射器位置的場致發(fā)射背板，所述發(fā)射器位置通過基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的激光結(jié)晶而形成。
場致發(fā)射元件可以是真空元件，其中背板發(fā)射器位置作為元件中的發(fā)射源。
便利地，場致發(fā)射元件包括襯底、場致發(fā)射背板、及抽空空間和透明窗，例如薄膜透明金屬或鍍金屬磷，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，抽空空間位于場致發(fā)射背板、和薄膜透明金屬或鍍金屬磷之間。
作為選擇，場致發(fā)射元件包括寬帶隙發(fā)光材料，例如發(fā)光聚合物，從背板發(fā)射器位置發(fā)射電子進(jìn)入該材料中。
便利地，場致發(fā)射元件包括襯底、場致發(fā)射背板、發(fā)光聚合物和薄膜透明金屬或鍍金屬磷，多個發(fā)射器位置形成在場致發(fā)射背板的一個側(cè)面上，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，發(fā)光聚合物的一個表面設(shè)置在場致發(fā)射背板的多個發(fā)射器位置上，薄膜透明金屬放置在發(fā)光聚合物的另一個表面上。
便利地，場致發(fā)射元件是顯示元件。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供場致發(fā)射背板，包括多個生長尖端，所述背板實(shí)質(zhì)上由基于半導(dǎo)體的材料構(gòu)成。
優(yōu)選地，多個尖端形成在基于半導(dǎo)體的材料薄膜上。
優(yōu)選地，生長尖端是“定形的”，也就是以這種方式生長多個尖端，就是在每個尖端中產(chǎn)生尖銳的尖頭形狀。
便利地，同時生長和蝕刻尖端。
便利地，基于半導(dǎo)體的材料是硅或者其合金根據(jù)本發(fā)明第五方面，提供場致發(fā)射背板，包括實(shí)質(zhì)上的非晶材料的平面部件和在其上的多個晶狀材料尖端。
優(yōu)選地，尖端形成在平面部件的晶狀或結(jié)晶區(qū)域上。
根據(jù)本發(fā)明第六方面，提供場致發(fā)射背板，包括多個生長尖端，所述背板實(shí)質(zhì)上由基于硅的材料薄膜構(gòu)成。
優(yōu)選地，在基于硅的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域上，通過晶狀硅的生長而形成多個尖端。
根據(jù)本發(fā)明第七方面，提供帶有背板的場致發(fā)射元件，其包括(成形)尖端陣列，在基于非晶硅的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域上，通過基于晶狀半導(dǎo)體的材料的選擇性生長而形成所述尖端。
場致發(fā)射元件可以是真空元件，其中背板發(fā)射器尖端作為元件中的發(fā)射源。
便利地，場致發(fā)射元件包括襯底、場致發(fā)射背板、及抽空空間和透明窗，例如薄膜透明金屬，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，抽空空間位于場致發(fā)射背板和薄膜透明金屬之間。
作為選擇，場致發(fā)射元件可以包括寬帶隙發(fā)光材料，例如發(fā)光聚合物，其中使用中從背板發(fā)射器尖端中發(fā)射電子進(jìn)入寬帶隙發(fā)光材料。
便利地，場致發(fā)射元件包括襯底、場致發(fā)射背板、發(fā)光聚合物和薄膜透明金屬，多個尖端形成在場致發(fā)射背板的一個側(cè)面上，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，發(fā)光聚合物的一個表面設(shè)置在場致發(fā)射背板的多個尖端上，薄膜透明金屬設(shè)置在發(fā)光聚合物的另一個表面上。
便利地，場致發(fā)射元件是顯示元件。
優(yōu)選地，顯示元件的場致發(fā)射背板尖端的密度為每平方微米至少100個。
根據(jù)本發(fā)明第八方面，提供形成場致發(fā)射背板的方法，包括在襯底上沉積基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜；局部結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜上的多個區(qū)域；在基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域的每個上，生長基于晶狀半導(dǎo)體的材料。
便利地，例如使用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積(PECVD)，在襯底上沉積基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜。
優(yōu)選地，通過暴露給至少一個脈沖的激光干涉圖，結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的多個區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明第九方面，提供結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜區(qū)域的方法，其用于場致發(fā)射背板，包括通過分離和重組激光束，形成激光干涉儀；
將基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜放置在激光束重組平面內(nèi)；通過使薄膜經(jīng)受至少一個激光脈沖，局部結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜區(qū)域，其中在基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜中產(chǎn)生的結(jié)晶區(qū)域?qū)?yīng)于激光干涉圖。
優(yōu)選地，對于基于非晶半導(dǎo)體的材料的背板，其中基于半導(dǎo)體的材料是氫化非晶硅，激光以約532nm波長運(yùn)行以便最大化吸收作用。優(yōu)選地，激光器是Nd:YAG激光器。


根據(jù)下面結(jié)合附圖的說明，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯而易見，附圖表示圖1A-1F為根據(jù)本發(fā)明所述在各種能量下結(jié)晶的薄膜半導(dǎo)體；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例所述的場致發(fā)射元件；圖3為圖2所示場致發(fā)射元件的場致發(fā)射背板的場致發(fā)射電流對電場的圖解；圖4為非晶硅薄膜的簡要透視圖，在形成場致發(fā)射背板中，激光干涉圖投射到非晶硅薄膜上；圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的成長晶體硅背板側(cè)面的橫截面；圖6為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所述具有晶體硅尖端的場致發(fā)射元件的簡要側(cè)視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例所述具有晶體硅尖端的場致發(fā)射元件的簡要側(cè)視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例所述具有晶體硅尖端的場致發(fā)射元件的簡要側(cè)視圖；圖9A-9E為表示形成根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例所述的場致發(fā)射背板的方法的系列側(cè)部橫向剖面圖；圖10A和10B為圖9A-9E所示場致發(fā)射背板的攝影圖像；圖11A-11C為表示形成根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例所述形成的場致發(fā)射元件的方法的系列側(cè)部橫向剖面圖，該方法包括使用平面劑。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1A-1F，圖示了場致發(fā)射背板12a-12f的攝影圖像，每個場致發(fā)射背板由基于非晶半導(dǎo)體的材料形成，在n型氫化非晶硅的情況下，在其表面形成多個發(fā)射器位置20a-20f。例如，通過在鋁襯底上使用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積(PECVD)，沉積約100nm的n型氫化非晶硅薄膜來形成場致發(fā)射背板12a-12f。在KrF激光在氧氣氛中以248nm波長運(yùn)行、以2mm\s速度掃描、然后熄滅的情況下，沉積薄膜接著經(jīng)受由準(zhǔn)分子激光器或Nd:YAG(釹:釔鋁石榴石)激光器進(jìn)行的激光結(jié)晶作用?？晒┻x擇地，使用以532nm波長運(yùn)行的Nd:YAG激光器。激光在3-7納秒脈動、步進(jìn)、重復(fù)來形成圖案。這個工藝導(dǎo)致具有粗紋理的硅表面。如圖1A-1F所示，由硅吸收的能量影響表面的粗糙度，對于表示發(fā)射器尖端20a的圖1A來說，該發(fā)射器尖端20a是少量吸收能量、即約100mJ\cm的能量的綜合效果。這可以與圖1F進(jìn)行比較，該圖1F表示在300mJ\cm區(qū)域內(nèi)由相對大量的吸收能量實(shí)現(xiàn)的圓形發(fā)射器尖端20f。在每種情況下，每個尖端20a-20f作為發(fā)射器位置。當(dāng)背板12應(yīng)用于場致發(fā)射元件(未圖示)時，在場致發(fā)射結(jié)構(gòu)中，在低電場下每個發(fā)射器位置20a-20f發(fā)射電子。背板12a-12f導(dǎo)致發(fā)射電流超過10-5A和約10V/μm的低場閾。
圖2中表示場致發(fā)射元件10g的第一實(shí)施例，該場致發(fā)射元件10g包括如參考圖1A-1F所述的場致發(fā)射背板12g。圖示的10g是三極管元件，其包括具有鋁襯底14g的場致發(fā)射背板12g和n型氫化非晶硅薄膜16g，非晶硅薄膜16g已經(jīng)由受激準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行了處理，由此在其表面上包括多個發(fā)射器位置20g。在晶化硅上已經(jīng)設(shè)置了絕緣層，例如諸如氮化硅之類的絕緣材料層，隨后蝕刻，由此提供隔離件22g。在這些隔離件22g的每個上面，設(shè)置磷薄膜26g，如金屬化磷，該元件由玻璃層26g完成，由此提供三端選通控制結(jié)構(gòu)。對玻璃28g和發(fā)射器位置20g間的區(qū)域24g抽真空，該區(qū)域允許使用低電壓控制發(fā)射，當(dāng)元件10g用于顯示結(jié)構(gòu)時，這對于有效空間控制來說是重要的。
圖3中圖示了在這種具有5×10-5毫巴真空度的元件10g中測量的發(fā)射電流，圖3表示發(fā)射電流對電場的圖解。同樣也可以估計(jì)，對于包括幾何放大和內(nèi)部放大的該圖來說，用于所述元件10g的β因子超過450。
在圖4中，圖示了布置在鋁襯底14h上的非晶硅薄膜16h，其中由激光干涉圖產(chǎn)生的圓點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以在硅16h的表面區(qū)域看見。這種結(jié)構(gòu)圖解了用于形成例如第一實(shí)施例的背板之類的背板的技術(shù)改進(jìn)之處，這種技術(shù)用來生產(chǎn)場致發(fā)射背板。
采用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積(PECVD)方法，在鋁襯底14h上設(shè)置非晶硅薄膜16h。使用脈沖寬度在3-7納秒范圍內(nèi)的Nd:YAG脈沖激光器形成干涉儀，其光束被分離并一起返回形成圓點(diǎn)18h圖案。薄膜硅層16h位于激光干涉圖形成于其內(nèi)的平面內(nèi)。激光干涉圖作用在晶化的產(chǎn)生區(qū)域或圓點(diǎn)18h的硅層16h上。Nd:YAG激光器的單脈沖用來局部晶化該區(qū)域。用步長和重復(fù)系統(tǒng)在硅薄膜16h的平面內(nèi)對激光束同步，導(dǎo)致形成激光點(diǎn)，因此晶化圓點(diǎn)18h分布在硅薄膜16h的整個表面板上，由此允許形成高密度尖端。通過使用這種步長和重復(fù)系統(tǒng)，背板12h可以由任何所選材料形成。典型的單個像素面積為30μm×30μm，因此，將實(shí)現(xiàn)每個紅、綠、藍(lán)(RGB)像素為300×300的微尖端密度，即其等于9×104。由于場致發(fā)射元件的發(fā)射電流依賴于尖端的數(shù)量和它們的銳度，因此這種發(fā)射器密度是至關(guān)重要的。
通過在沉積的硅原子形成熱動態(tài)穩(wěn)定的晶狀位置時，容許由流動的氫打破硅陣列中被張緊的鍵，張緊涉及烯硅烷/氫等離子的選擇蝕刻和生長工藝形成微晶化硅。為了在激光處理的硅薄膜16h上形成發(fā)射器尖端20h，導(dǎo)致如圖5中所示的尖端20h的橫剖面，在反應(yīng)器中PECVD沉積的硅薄膜16h經(jīng)受稀硅烷/氫等離子。
在該工藝期間，硅原子的沉積僅僅出現(xiàn)在晶化襯底上，并由此在此情況下，出現(xiàn)在在硅薄膜16h的晶化圓點(diǎn)18h上。同時蝕刻該結(jié)構(gòu)的非晶體或弱結(jié)合區(qū)域。連續(xù)生長對形成成長膜的邊緣有影響，在該邊緣蝕刻影響更引人注目。由于限定每個晶化區(qū)域18h的尺寸小于100nm，縱橫比由此邊緣收斂。因此，100nm或小于發(fā)射器板12h的每個圓點(diǎn)18h有效地成長為外形尖端20h。成長和蝕刻工藝由流動的氫和縱橫比成型蝕刻進(jìn)行居間調(diào)節(jié)，縱橫比成型蝕刻導(dǎo)致在硅薄膜16h板的整個生長表面上產(chǎn)生尖銳的尖端20h。這種成型導(dǎo)致發(fā)射板12h的電場增加，因此，對于場致發(fā)射來說，其給出(約15v/μm)低閾值，所以發(fā)射電流(即超過10-1安培)比用第一實(shí)施例的場致發(fā)射背板所能實(shí)現(xiàn)的發(fā)射電流高。
圖5中圖示了這種生長尖端20i的橫剖面，也是隔離件22i的橫剖面，通過允許脈動激光停留在硅薄膜的某些區(qū)域來建立線或點(diǎn)晶狀結(jié)構(gòu)(未圖示)，來形成隔離件22i，這些區(qū)域的尺寸比發(fā)射器點(diǎn)(未圖示)的尺寸大得多。這導(dǎo)致較薄的沉積膜形成在這些晶化區(qū)域。像發(fā)射器尖端20i一樣，此時隔離件22i生長，允許給三端元件放置門電路。
像發(fā)射電流一樣，因此根據(jù)I＝JFNnα，顯示亮度取決于電流強(qiáng)度、尖端數(shù)量和它們的銳度。尖端提供尖銳的電子源，當(dāng)組合在元件10中時，穿過抽空空間24或進(jìn)入寬帶隙發(fā)光材料25中，電子源將提供進(jìn)入元件發(fā)光層的熱電子噴射。每個電子從施加的電場中獲得能量，該電場就是應(yīng)用到元件10上的電場，其具有作為電極的鋁襯底12。
在圖6中圖示了場致發(fā)射元件結(jié)構(gòu)10j，其具有如參考圖4和5所述而形成的晶化硅發(fā)射器尖端20j。
場致發(fā)射元件10j是具有微米級生長隔離件22j的真空元件。襯底14j由鋁形成，在氫化非晶硅薄膜的情況下，在其上采用PECVD方法放置基于半導(dǎo)體薄膜的材料16j。如上所詳述，氫化非晶硅的多個區(qū)域18j、21j由激光干涉儀晶化，并使用生長和蝕刻系統(tǒng)，生長尖端20j和隔離件22j。放置在玻璃襯底28j上的模制氧化錫銦(ITO)板排列設(shè)置成位于發(fā)射器背板12j的生長隔離件22j上。抽空發(fā)射器尖端20j和ITO 26j間的區(qū)域24j。
在圖7中圖示了可供選擇的場致發(fā)射元件10k。在該結(jié)構(gòu)中，場致發(fā)射元件10k設(shè)有寬帶隙發(fā)光材料25k，在聚合物的情況下，將其設(shè)置在場致發(fā)射尖端20k的頂部，用作發(fā)光介質(zhì)。用例如放置在玻璃襯底28k上的氧化錫銦(ITO)26k之類的薄膜透明金屬制造二極管結(jié)構(gòu)。元件10k包括由硅16k形成的場致發(fā)射背板12k，在鋁的情況下，該硅16k放置在襯底14k上。例如通過絲網(wǎng)印刷，寬帶隙發(fā)光聚合物25k薄膜(許多微米級)放置在玻璃襯底28k上的圖形化ITO板26k上。然后將發(fā)光聚合物25k印刷在背板12k的晶體硅尖端20k上。由此，由一旦烘烤元件10k達(dá)到約100℃溫度時就凝固的聚合物25k形成鋁-硅-聚合物-ITO二極管結(jié)構(gòu)。在不是n型半導(dǎo)體薄膜、并且不存在能夠噴射電子的低屏蔽金屬的情況下，這種元件結(jié)構(gòu)特別有用。
圖7中圖示了再一個可供選擇的場致發(fā)射元件101，包括放置在面板321上的涂上磷層的金屬件301。通過沉積在其上放置金屬柵361的絕緣體341，元件101進(jìn)一步適于形成三極管結(jié)構(gòu)。
場致發(fā)射背板12m的又一實(shí)施例包括為每個發(fā)射器20m構(gòu)造具有自動對準(zhǔn)柵的三端元件。以圖9A-9E中圖解的方式構(gòu)造這個場發(fā)射背板。在圖9A中圖示了由襯底14m、金屬陰極15m和非晶硅薄膜16m構(gòu)成的背板12m。以參考圖1A-1F所述的方式激光結(jié)晶硅薄膜16m，該方式使用Nd:YAG激光器，并且由如上所述的結(jié)晶工藝形成發(fā)射尖端20m。
如圖9B中所示，形成自動對準(zhǔn)柵的第一步驟包括在完全密封的每個發(fā)射器尖端20m的晶化硅暴露表面上，使用PEVCD，通過沉積形成薄的SIN(氮化硅)絕緣體38m。
該工藝第二步驟的結(jié)果圖示在圖9C中，包括在鉻的情況下，在SIN層頂部通過熱蒸發(fā)沉積金屬層40m。
在該工藝第三步驟中，在使用CF(氟利昂)氣的情況下，然后使用等離子方式蝕刻板結(jié)構(gòu)。如圖9D中所示，這導(dǎo)致每個發(fā)射器尖端頂部失去它的金屬，并且暴露了SIN絕緣層38m。
如圖9E中所示，然后蝕刻SIN絕緣體38m，在暴露尖端20m周圍留下用作柵的支撐金屬環(huán)41m。
在圖10A和圖10B的特寫圖像中，圖示了形成的發(fā)射背板12m，該發(fā)射背板12m可以用來形成場致發(fā)射元件10m，其完全是自由光刻技術(shù)。
參考圖11A-11C，在產(chǎn)生如圖11A所示結(jié)構(gòu)的工藝第二步驟之后，通過將平面劑37n應(yīng)用到晶化背板12n上可以改進(jìn)該工藝，平面劑也就是在加熱或溶劑蒸發(fā)下變成薄平面膜的液體。這表明覆蓋背板12n的平面劑37n保持發(fā)射器尖端20n傲立。
用等離子方式蝕刻該結(jié)構(gòu)的步驟產(chǎn)生了圖11B中所示的結(jié)構(gòu)。
然后如上所述蝕刻SIN絕緣體，如圖11C中所示，在金屬層和尖端間留下空間。通過利用平面劑37n，這樣使底層硅背板結(jié)構(gòu)得到保護(hù)而免遭腐蝕蝕刻影響。然后可以去除平面劑，如圖10A和10B所示，在每個尖端周圍產(chǎn)生金屬柵。
例如在前面實(shí)施例中詳細(xì)描述的元件適用于許多顯示應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兒碾娏康筒⑶抑圃煜鄬唵?。這些元件也可以用作人造衛(wèi)星和移動通訊市場中微波放大器的高功率晶體管的陰極。
可以對如上所述的本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改而不超出本發(fā)明范圍。例如，在非晶硅薄膜16a-m的激光處理期間，已經(jīng)描述在局部晶化區(qū)域中使用單激光脈沖，然而可以選擇使用脈沖數(shù)量，因而允許使用與20Jcm一樣低的能量。另外，已經(jīng)描述在尖端20a-m的選擇蝕刻和生長工藝期間，較大線或點(diǎn)結(jié)構(gòu)21a-m的晶化如何用來生長隔離件22a-n，然而，硅也可以全部生長在用于在同一工藝中描述的有源尋址的絕緣體和薄膜晶體管元件上。
已經(jīng)將結(jié)晶非晶硅薄膜16a-n的工藝描述為由脈沖激光器執(zhí)行，然而，也可以由其它方式，例如強(qiáng)電子束照射或高能離子束/粒子碰撞乃至熱退火執(zhí)行該工藝過程。
已經(jīng)描述由等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積來沉積非晶硅薄膜16a-m，其可以是固有的或摻雜n型的，然而，也可以通過噴涂、蒸發(fā)或其它這種方式沉積薄膜。
其上已經(jīng)沉積硅薄膜16a-m的襯底14a-m已經(jīng)描述為鋁，然而，作為選擇，可以是如鉬、鉻或類似物的金屬。要說明的是，電極不需要與襯底14a-m整體形成，甚至可以由與襯底14a-m不同的材料形成。還有，詳細(xì)描述了使用Nd:YAG激光器，其波長選擇為532nm以便最大化硅的吸收作用，然而，可以使用任何波長，尤其可以使用最大化吸收其它適當(dāng)基于半導(dǎo)體材料的其它波長。描述了使用透明金屬形成二極管結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射元件，然而，作為選擇，可以使用合適的導(dǎo)電聚合物。
而且，以像素標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)由集成外圍驅(qū)動器，能夠以與所述場致發(fā)射背板12a-m相同的方式制造TFT控制電路。
詳細(xì)實(shí)施例中的薄膜半導(dǎo)體是N型氫化非晶硅，然而，作為選擇，半導(dǎo)體可以是鍺或鍺合金或類似物。其上沉積薄膜半導(dǎo)體16a-m的襯底14a-m已經(jīng)詳細(xì)描述為鋁，然而，也可以由各種其它類型的金屬形成，例如鉬、鉻或類似物。描述了使用KrF(氪氟)受激準(zhǔn)分子激光器，然而也可以使用任何受激準(zhǔn)分子激光器。
圖8中所述元件描述為包括設(shè)置在面板301上的涂磷金屬層301，然而，應(yīng)該理解，詳細(xì)描述的其它元件實(shí)施例也可以包括這個特征。而且，可以修改元件10a-m的每個實(shí)施例，通過沉積絕緣體34a-m形成三極管結(jié)構(gòu)，金屬柵36a-m放置在絕緣體34a-m上。
參考圖9描述的硅背板詳細(xì)描述為使用Nd:YAG激光器進(jìn)行結(jié)晶，然而，可以使用受激準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行結(jié)晶和可以使用激光干涉測量技術(shù)進(jìn)行結(jié)晶。而且，設(shè)置在晶化硅16m上的絕緣體38m描述為SIN，然而，它可以是任何合適的絕緣體，并且使用任何保形涂覆方法進(jìn)行沉積。布置在絕緣體上的金屬層40m已經(jīng)描述為使用熱蒸發(fā)進(jìn)行沉積，然而，可以使用噴涂或其它任何適當(dāng)技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種形成場致發(fā)射背板的方法，包括在襯底上提供基于非晶半導(dǎo)體的材料的平面體；至少在部分基于非晶半導(dǎo)體的材料上進(jìn)行激光結(jié)晶；其中當(dāng)結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料時，形成多個發(fā)射器位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將基于非晶半導(dǎo)體的材料的平面體設(shè)置為沉積在襯底上的材料薄膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中基于非晶半導(dǎo)體的材料是硅或者其合金。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括使用受激準(zhǔn)分子激光器或Nd:YAG激光器執(zhí)行激光結(jié)晶的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中受激準(zhǔn)分子激光器是KrF激光器。
6.一種場致發(fā)射背板，包括多個發(fā)射器位置，其通過基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的激光結(jié)晶形成。
7.如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射背板，其中基于非晶半導(dǎo)體的材料是硅及其合金。
8.一種場致發(fā)射元件，包括具有多個發(fā)射器位置的場致發(fā)射背板，所述發(fā)射器位置通過基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的激光結(jié)晶而形成。
9.如權(quán)利要求8所述的場致發(fā)射元件，其中場致發(fā)射元件是真空元件，其中背板發(fā)射器位置作為元件中的發(fā)射源。
10.如權(quán)利要求9所述的場致發(fā)射元件，還包括襯底、場致發(fā)射背板、及抽空的空間和透明窗，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，抽空空間位于場致發(fā)射背板、和薄膜透明金屬或鍍金屬磷之間。
11.如權(quán)利要求8所述的場致發(fā)射元件，還包括寬帶隙發(fā)光材料，使用時從背板發(fā)射器位置發(fā)射電子進(jìn)入該材料中。
12.如權(quán)利要求11所述的場致發(fā)射元件，還包括襯底、場致發(fā)射背板、發(fā)光聚合物、和薄膜透明金屬或鍍金屬磷，多個發(fā)射器位置形成在場致發(fā)射背板的一個側(cè)面上，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，發(fā)光聚合物的一個表面設(shè)置在場致發(fā)射背板的多個發(fā)射器位置上，薄膜透明金屬設(shè)置在發(fā)光聚合物的另一個表面上。
13.如權(quán)利要求11所述的場致發(fā)射元件，其中該元件是顯示元件。
14.一種場致發(fā)射背板，包括多個生長尖端，所述背板實(shí)質(zhì)上由基于半導(dǎo)體的材料構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求14所述的場致發(fā)射背板，其中多個尖端形成在基于半導(dǎo)體的材料薄膜上。
16.如權(quán)利要求14或15所述的場致發(fā)射背板，其中基于半導(dǎo)體的材料是硅或者其合金。
17.如權(quán)利要求14-16中任何一項(xiàng)所述的場致發(fā)射背板，其中以這種方式生長多個尖端，即在每個尖端中產(chǎn)生尖銳的尖頭形狀。
18.如權(quán)利要求14-17中任何一項(xiàng)所述的場致發(fā)射背板，其中同時生長和蝕刻多個尖端。
19.一種場致發(fā)射背板，包括實(shí)質(zhì)上的非晶材料的平面部件和在其上的多個晶狀材料尖端。
20.如權(quán)利要求19所述的場致發(fā)射背板，其中每個尖端形成在平面部件的結(jié)晶區(qū)域上。
21.一種場致發(fā)射背板，包括多個生長尖端，所述背板實(shí)質(zhì)上由基于硅的材料薄膜構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求21所述的場致發(fā)射背板，其中在基于硅的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域上，通過晶狀硅的生長而形成多個尖端。
23.如權(quán)利要求21或22所述的場致發(fā)射背板，其中基于硅的材料是非晶硅。
24.一種帶有背板的場致發(fā)射元件，其包括成形尖端陣列，在基于非晶硅的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域上，通過基于晶狀半導(dǎo)體的材料的選擇性生長而形成所述尖端。
25.如權(quán)利要求24所述的場致發(fā)射元件，其中該元件是真空元件，其中背板發(fā)射器尖端作為元件中的發(fā)射源。
26.如權(quán)利要求24或25所述的場致發(fā)射元件，還包括襯底、場致發(fā)射背板、及抽空空間和透明窗，其中場致發(fā)射背板形成在襯底上，抽空空間位于場致發(fā)射背板和薄膜透明窗之間。
27.如權(quán)利要求24所述的場致發(fā)射元件，還包括襯底、場致發(fā)射背板、寬帶隙發(fā)光材料和透明窗，其中使用中從背板發(fā)射器尖端中發(fā)射電子進(jìn)入寬帶隙發(fā)光材料。
28.如權(quán)利要求27所述的場致發(fā)射元件，其中寬帶隙發(fā)光材料是發(fā)光聚合物。
29.如權(quán)利要求26-28中任何一項(xiàng)所述的場致發(fā)射元件，其中透明窗是薄膜透明金屬。
30.如權(quán)利要求24所述的場致發(fā)射元件，其中發(fā)光材料的一個表面放置在場致發(fā)射背板的多個尖端上，透明窗放置在發(fā)光材料的另一個表面上。
31.如權(quán)利要求24-30中任何一項(xiàng)所述的場致發(fā)射元件，其中該元件是顯示元件。
32.如權(quán)利要求24-31中任何一項(xiàng)所述的場致發(fā)射元件，其中場致發(fā)射背板尖端的密度為每平方微米至少100個。
33.一種形成場致發(fā)射背板的方法，包括在襯底上沉積基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜；局部結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜上的多個區(qū)域；在基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的多個結(jié)晶區(qū)域的每個區(qū)域上，生長基于晶狀半導(dǎo)體的材料。
34.如權(quán)利要求33所述的形成場致發(fā)射背板的方法，還包括使用等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積，沉積基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的步驟。
35.如權(quán)利要求33所述的形成場致發(fā)射背板的方法，還包括通過暴露給至少一個脈沖的激光干涉圖，結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜的多個區(qū)域的步驟。
36.一種結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜區(qū)域的方法，其用于場致發(fā)射背板，包括通過分離和重組激光束，形成激光干涉儀；將基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜放置在激光束重組平面內(nèi)；通過使薄膜經(jīng)受至少一個激光脈沖，局部結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜區(qū)域，其中在基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜中產(chǎn)生的結(jié)晶區(qū)域?qū)?yīng)于激光干涉圖。
37.如權(quán)利要求36所述方法，其中對于基于非晶半導(dǎo)體的材料的背板，其中基于半導(dǎo)體的材料是氫化非晶硅，激光以約532nm波長運(yùn)行以便最大化吸收作用。
38.如權(quán)利要求36或37所述方法，其中激光器是Nd:YAG激光器。
39.一種如在上文中參考圖1A-3所述的場致發(fā)射背板。
40.一種如在上文中參考圖4-8所述的場致發(fā)射背板。
41.一種如在上文中參考圖9A-11C所述的場致發(fā)射背板。
42.一種如在上文中參考圖1A-3所述的場致發(fā)射元件。
43.一種如在上文中參考圖4-8所述的場致發(fā)射元件。
44.一種如在上文中參考圖9A-11C所述的場致發(fā)射元件。
45.一種如在上文中參考圖1A-3所述的形成場致發(fā)射背板的方法。
46.一種如在上文中參考圖4-8所述的形成場致發(fā)射背板的方法。
47.一種如在上文中參考圖9A-11C所述的形成場致發(fā)射背板的方法。
48.一種如在上文中參考圖1所述的結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料薄膜區(qū)域的方法。
全文摘要
一種場致發(fā)射背板(12g)，通過激光結(jié)晶基于非晶半導(dǎo)體的材料區(qū)域而形成。發(fā)射器位置(20g)產(chǎn)生于結(jié)晶工藝所引起的粗糙表面紋理。使用激光干涉方法可以使結(jié)晶局部化，成形的發(fā)射器尖端(20j)在局部結(jié)晶區(qū)域(18j)上生長。這樣背板可以用于場致發(fā)射元件，其在真空中或?qū)拵栋l(fā)光聚合物中發(fā)射。而且，帶有自動對準(zhǔn)柵的背板(12m)可以通過在發(fā)射器尖端上沉積絕緣層(38m)和金屬層(40m)，去除金屬層頂部并蝕刻去絕緣體，保留由金屬邊環(huán)繞的每個尖端而形成?？梢允褂闷矫鎰?39n)來改進(jìn)這個工藝。
文檔編號H01J9/02GK1639820SQ02815760
公開日2005年7月13日 申請日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月11日
發(fā)明者默文·約翰·羅斯, 拉維·席爾瓦, 約翰·香農(nóng) 申請人:敦提大學(xué)校董事會