真空微電子之閘極化矽晶場發射陣列之研製

Abstract

由於半導體製程技術急速而廣泛的發展，使得我們有能力開發新一代的真空微電子元 件。新的真空微電子元件利用「冷的陰極」做為電子的發射源，使得它們擁有緊密的 積體度、高速率和對惡劣環境的抵抗力等等優勢。假設陰極為一「點源」，則由場發 射理論可簡單地預測出此時固態陰極之場發射電子流密度能達到最高。為了提高場發 射的效益，我們通常假設一系統來近似，其中之點狀陰極愈尖愈好，並且在其軸心置 一非常靠近的陽極導電平板。如此之陰極結構即為近年來真空微電子元件研製的基本 。 為了達到這樣的要求，我們研究了異向性、等向性與兩階段（等向╱異向）等不同的 溼式化學蝕刻技術來形成做為場發射陰極之用的矽晶尖端。此外我們示範了一種稱為 低溫氧化削尖的特殊技術來穫得非常尖銳且極其均勻的微小尖端。該技術乃利用在高 曲率半徑的矽晶表面難以成長氧化層的特性，在事先蝕刻好的起始矽錐結構上低溫成 長一薄氧化層，然後再將氧化層蝕刻掉以達尖銳化起始矽錐的目的。 經過了溼式化學蝕刻及低溫氧化削尖的步驟後，所產生之均勻的矽晶尖端場發射陣列 即可做為真空微電子元件之冷陰極。本論文亦成功地示範了其基本的元件架構－閘極 化矽晶場發射陣列，並探討了該元件結構的可行性及製程技術。