[發明專利]具有低孔隙度高摻雜接觸層的硅發射體

無效

• 申請號: 02118885.8
• 申請日: 2002-04-30
• 公開（公告）號: CN1384520A
• 公開（公告）日: 2002-12-11
• 發明（設計）人: X·圣;N·科施達;H·P·郭
• 申請（專利權）人: 惠普公司
• 主分類號: H01J1/308
• 分類號: H01J1/308
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,譚明勝

發明領域

本發明總的涉及一種具有包含高摻雜區的低孔隙度多孔硅材料接觸層的硅發射體，并且涉及一種制造具有包含高摻雜區的低孔隙度多孔硅材料接觸層的硅發射體的方法。更具體而言，本發明涉及一種包括低孔隙率多孔硅材料接觸層的硅發射體，該硅材料含高摻雜區以減少高孔隙度多孔硅材料的活性層與頂電極之間的接觸電阻以及增加頂電極的電子發射效率和發射穩定性，同時還涉及該發射體的制造方法。

技術背景

圖1表示現有技術的多孔硅發射體100。現有技術的多孔硅發射體100是一種二極管結構，它包括高摻雜n+硅(Si)基板103作電子注入層、還可有與基板103電接觸的歐姆接觸105、在基板103上形成的活性多孔硅(Si)層101、和在活性多孔硅層101上形成的電極107，電極107與101層電連接。當電極107對基板103加有正偏壓時，由電壓源V₁提供的二極管電流I_d流經活性層101和基板103。二極管電流的一部分I_e射入到電極107上面的真空區(未示)，并由位于電極107對面的集電極115收集。集電極115由電壓源V₂提供相對于電極107的正偏壓，以便引出由電極107發射的電子e。電極(107，115)和歐姆接觸105可由導電材料如金(Au)或鋁(Al)制成。

現有技術的多孔硅發射體100的一個缺點在于，活性多孔硅(Si)層101具有高的孔隙度，它使電極107與活性多孔硅(Si)層之間有高的串聯接觸電阻R_c。電阻R_c與高電壓下活性多孔硅(Si)層101的電阻相當或甚至比其高。因此，高的串聯接觸電阻R_c在活性層101和電極107之間產生不希望的/意外的電壓降，該壓降使多孔硅發射體100的電子發射效率降低。

其次，高的串聯接觸電阻R_c使功率消耗較高和功率耗散(廢熱)較增，這含減少發射體100的使用壽命。在以電池供能的應用中，希望降低能耗，從而延長電池壽命和運行時間。再次，希望減少由系統產生的廢熱量，因為熱控制系統如通風機和熱阱會增加系統的費用、重量和復雜性。

現有技術的多孔硅發射體100的第二個缺點在于接觸電阻R_c在V₁提供高偏壓下使二極管和發射電流達到飽合。電子發射電流隨電壓的增高而增大是希望的。但是，如果出現飽合，電子發射電流呈峰值，并不隨電壓的增高而增大。

最后，現有技術的多孔硅發射體100的另一缺點在于，活性多孔硅(Si)層101與電極107的接觸電阻高，它使電子發射效率降低。

因此，需要一種能減少多孔硅發射體的活性孔硅層和電極之間的串聯接觸電阻的多孔硅發射體。同時需要一種能在低電壓下運行的，從而能降低能耗和廢熱產生的多孔硅發射體。此外還需要一種在較高電壓下不會飽合，從而能在這種較高的電壓下獲得高發射電流和發射效率的多孔硅發射體。

發明描述

本發明解決上面提到的高串聯接觸電阻產生的問題，其措施是在高孔隙度多孔硅材料和頂電極之間采用一種低孔隙度和低電阻率的多孔硅材料的接觸層。其次，與端電極相鄰的低孔隙度多孔硅的部分接觸層包括高摻雜區，以增加頂電極的電子發射效率和發射電流，并進一步降低運行電壓。低孔隙度多孔硅接觸層降低頂電極和高孔隙度多孔硅活性層之間的串聯接觸阻抗。其結果是當偏壓施于二極管時，在活性層和頂電極之間的壓降降低，而且絕大部分壓降產生在活性層內。

其次，與現有技術的多孔硅發射體的高功率消耗和功率耗散相關的問題是通過本發明的低孔隙度多孔硅的接觸層解決的，因為降低接觸電阻會導致功率消耗和功率耗散下降。再次，接觸阻抗降低容許電子發射體在較低的電壓下運行，這符合低功率消耗和低功率耗散的目的。