DE19609234A1 - Pipe systems and manufacturing processes therefor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Röhrensysteme der im Oberbe griff des Patentanspruch 1 näher definierten Art und auf ein Herstellungsverfahren für solche Röhrensysteme. Derartige Mikro-Röhrensystem sind in der Vakuum-Mikroelek trotechnik bekannt [Brodie, J. J. Muray "The physics of micro and nano-fabrication" Plenum Press, NY (1992)].The invention relates to tube systems in the Oberbe handle of claim 1 more precisely defined type and a manufacturing process for such tube systems. Such micro-tube systems are in the vacuum micro-electronics trotechnik known [Brodie, J. J. Muray "The physics of micro and nano-fabrication "Plenum Press, NY (1992)].
Solche Röhrensysteme sind mit "Spindt"-Kathoden genannten lithographisch gestellten Kathoden ausgerüstet. Diese Kathoden werden mit komplizierten lithographischen Ver fahren in Mehrlagen-Strukturierung mit optischer oder Korpuskularstrahl-Lithographie mit teilweise selbstjustie renden Verfahren hergestellt. Dabei kann die Feldemissions-Kathode aus Silizium geätzt, mit Schwermetallen bezogen oder aus Metall durch Aufdampfen aufgebaut werden. Die Reproduzierbarkeit der Herstellungsverfahren ist dabei jedoch so gering, daß stets viele in einem Array angeord neten Kathoden eingesetzt werden müssen, um die Emittanz der Kathode zu gewährleisten und den erforderlichen nied rigen Innenwiderstand "Transconductance" der Röhre zu erreichen.Such tube systems are called "Spindt" cathodes equipped with lithographically prepared cathodes. This Cathodes are made with complicated lithographic ver drive in multi-layer structure with optical or Corpuscular beam lithography with partial self-adjustment producing process. The field emission cathode etched from silicon, covered with heavy metals or made of metal by vapor deposition. The Reproducibility of the manufacturing process is included however, so small that many are always arranged in an array Neten cathodes must be used to emit to ensure the cathode and the required low internal resistance "transconductance" of the tube to reach.
Durch die Vielzahl der in Flächen angeordneten Kathoden wächst die parasitäre Streukapazität der Anordnung und begrenzt die Systeme auf den Betrieb bei wenigen GHz, wie der erwähnten Literaturstelle [Brodie, J. J. Muray "The physics of micro and nano-fabrication" Plenum Press, NY (1992)] entnehmbar ist. Due to the large number of cathodes arranged in surfaces the parasitic stray capacitance of the arrangement and increases limits the systems to operating at a few GHz, such as the mentioned reference [Brodie, J. J. Muray "The physics of micro and nano-fabrication "Plenum Press, NY (1992)] can be seen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Röhrensysteme zu schaffen, die für wesentlich höhere Frequenzen geeignet sind und hierzu ein praktikables Herstellungsverfahren anzugeben.The object of the invention is to create tube systems, which are suitable for much higher frequencies and to specify a practical manufacturing process.
Die Erfindung löst den ersten Teil dieser Aufgabe mit einem im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen System.The invention solves the first part of this task with a system described in the characterizing part of claim 1.
Eine vorteilhafte Weiterbildung hierzu ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 beschrieben.An advantageous development for this is in the license plate of claim 2 described.
Den zweiten Teil dieser Aufgabe löst ein Herstellungsver fahren entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruchs 3.The second part of this task is solved by a manufacturing company drive according to the characterizing part of patent claim 3.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 4 beschrieben.An advantageous development of this method is in Characteristics of claim 4 described.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung mit ihren vielfältigen Variationsmöglichkeiten und Wirkungsvarianten näher erklärt. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen dieIn the following exemplary embodiments, the Invention with its many possible variations and effect variants explained in more detail. In the associated Drawings show the
Fig. 1 Prinzipaufbau für Diode, Triode und Ablenk-Tetrode mit THz-Schalteigenschaften, Fig. 1 is a basic structure for the diode, triode and tetrode deflection THz switching characteristics,
Fig. 2 Oben: Triode aus Kathode, Emitter und Anode. Unten: Triode aus mehreren Kathoden, Gitter und Anode zur Vergrößerung des Emissionsstromes, Fig. 2 Above: triode made of cathode, emitter and anode. Below: triode consisting of several cathodes, grid and anode to increase the emission current,
Fig. 3 Mikro-Triode mit Potentialverlauf, Kathode 0 V, Gitter 50 V, Anode 60 Volt, Fig. 3 micro-triode potential curve, 0 V cathode, grid 50 V, the anode 60 volts,
Fig. 4 Mikro-Pentode aus Feldemitter-Kathode K, Gittern G1 bis G3 und Anode A mit Potentialen, Fig. 4 micro-pentode from field emitter cathode K, grids G1 to G3 and the anode A with potentials,
Fig. 5 Mikro-Röhren aufgebaut mit Hilfe der Elektronenstrahl-induzierten Deposition und Rechnersteuerung im Rasterelektronenmikroskop, Oben Aufsicht, unten Seitenansicht von 2 Röhren, Fig constructed. 5 micro-tube using the electron beam-induced deposition and computer control in the scanning electron microscope top plan view, bottom side view of 2 tubes,
Fig. 6 Schrägbild von 2 Mikroröhren-Aufbauten aus Platinhaltigem nanokristallinem Material. Fig. 6 oblique view of 2 microtube structures made of platinum-containing nanocrystalline material.
Die beschriebenen Röhrensysteme bestehen aus einer oder mehreren parallel geschalteten Feldemissions- oder Feldionisation-Kathoden für Elektronen oder Ionen, einer Gitter-Elektrode mit einer oder mehreren ringförmigen Öffnungen und einer oder mehreren Anoden. Alle Elektroden werden mit Hilfe der Korpuskularstrahl-Lithographie mit induzierter Deposition nacheinander oder gleichzeitig auf einer die Spannungen zuführenden planaren Leiterbahnstruk tur aufgebaut. Der Elektrodenabstand wird dabei so klein gewählt, daß im Mittel nur eine mittlere freie Weglänge der Moleküle bei Normaldruck zwischen die Emitter und Anoden-Elektrode paßt. Bei Luft und Normaldruck ist diese Strecke ca. 0,5 um groß.The described tube systems consist of one or several field emission or Field ionization cathodes for electrons or ions, one Grid electrode with one or more ring-shaped Openings and one or more anodes. All electrodes with the help of corpuscular beam lithography induced deposition successively or simultaneously a planar conductor structure that supplies the voltages structure. The electrode gap becomes so small chosen that on average only a mean free path of the Molecules at normal pressure between the emitter and anode electrode fits. This distance is at air and normal pressure about 0.5 µm in size.
Um elektrische Überschläge durch das Wachstum von Molekül ketten, das oberhalb 10⁶ V/cm einsetzt, zu vermeiden, sind die Spannung zu führenden Elektroden dick und die Leiterbah nen weit auseinander ausgeführt. Durchmesser von 0.1 µm und Abstände von < 0.5 µm reichen dabei aus, um die Feldstärken in der Röhre bei der Betriebsspannung von < 50 V unter der für dauerhaften Betrieb erforderlichen Grenze zu halten.To electrical flashovers due to the growth of molecule chains that start above 10⁶ V / cm should be avoided the voltage to lead electrodes thick and the conductor track NEN wide apart. Diameter of 0.1 µm and Distances of <0.5 µm are sufficient for the field strengths in the tube at the operating voltage of <50 V below the to keep the limit required for permanent operation.
Derartige Röhren benötigen kein oder nur ein mildes Vakuum (1 Torr) für den dauerhaften Betrieb und werden deshalb nicht Vakuum-mikroelektronische Röhren, sondern miniaturi sierte Mehr-Elektroden-Röhren genannt. Die Röhren können mit verschiedenen Polaritäten betrieben werden, da Elek tronen bei 2·10⁷ V/cm und Wasser bei 10⁷ V/cm ionisiert wird. Diese Feldstärken werden erreicht, wenn nicht geätzte Einkristalle als Feldemitter oder Feldionisierer verwendet werden, sondern, denn die nanokristallinen Verbundmate rialien, die bei der Elektronenstrahl- oder Ionenstrahl- induzierten Deposition entstehen, verwendet werden.Such tubes require no vacuum or only a mild vacuum (1 torr) for permanent operation and therefore not vacuum microelectronic tubes, but miniaturi called multi-electrode tubes. The tubes can operated with different polarities, since Elek tron at 2 · 10⁷ V / cm and water ionized at 10⁷ V / cm becomes. These field strengths are achieved if not etched Single crystals used as field emitters or field ionizers but because the nanocrystalline composite material materials used in electron beam or ion beam induced deposition arise.
Diese Materialien sind nanokristallin und können als Super spitzen auf stumpfe vorgefertigte Spitzen oder Elektroden aufgesetzt werden. Durch ihren nanokristallinen Aufbau emittieren diese Superspitzen oder ionisieren diese absor biertes Wasser oder andere Gase schon bei den angegebenen Feldstärken, die bei den niedrigen Spannungen unter 50 V bereits erreicht werden, wenn der Kathoden-Anoden-Abstand kleiner als die mittlere freie Weglänge der Gase bei Nor maldruck ist. Derartige Röhren besitzen sehr kleine Kapa zitäten und eine unter 1 ps liegende Flugzeiten der Elek tronen oder < 40 psec der Ionen. Das bedeutet, diese Röhren können in der Höchstfrequenztechnik mit Erfolg als elektro nisches Bauelement eingesetzt werden. Durch den geringen Platzbedarf von wenigen µm² können mehrere dieser Röhren in naher Nachbarschaft zu Rechenschaltungen zusammengeschaltet werden. Mit der Korpuskularstrahl-induzierten Deposition können auch Widerstände mit sehr geringen Kapazitäten, kleine Kapazitäten und Induktivitäten mit um Abmessungen hergestellt und in die Schaltungen eingebaut werden, so daß die integrierte Röhren-Elektronik für GHz-Anwendungen möglich wird.These materials are nanocrystalline and can be super point to blunt, pre-made tips or electrodes be put on. Due to their nanocrystalline structure emit these super peaks or ionize these absorbers water or other gases already at the specified Field strengths that are below 50 V at low voltages can already be achieved when the cathode-anode distance smaller than the mean free path of the gases at Nor painting is. Such tubes have very small Kapa and a flight time of less than 1 ps trons or <40 psec of ions. That means these tubes can be successful in high frequency technology as electro African component are used. Due to the low Several of these tubes can take up space of a few µm² close neighborhood interconnected to arithmetic circuits will. With the corpuscular beam-induced deposition can also use resistors with very low capacitances, small capacitors and inductors with um dimensions manufactured and built into the circuits so that the integrated tube electronics for GHz applications becomes possible.
Dioden, Trioden, Tetroden, Pentoden, miniaturisierte Beschleuniger und Filter und andere korpuskularstrahl optische Anordnungen können mit dieser Technik aufgebaut werden. Spitzen als Feldemissionskathoden für Elektronen emitter und für Ionenemitter können in auf andere vorge fertigte Schaltungen und Röhren eingesetzt werden und so die erforderliche Betriebsspannung stark gesenkt werden. Mit Hilfe der Elektronenstrahl-induzierten Deposition kann mit Nanometer-Präzision nanokristallines Verbundmaterial zu nanoelektronischen Baugruppen und Schaltungen in eine vorgelegte Verdrahtungsebene hinein aufgebaut werden.Diodes, triodes, tetrodes, pentodes, miniaturized Accelerators and filters and other corpuscular beam optical arrangements can be built using this technique will. Tips as field emission cathodes for electrons emitters and for ion emitters can be pre-selected in others manufactured circuits and tubes are used and so the required operating voltage can be greatly reduced. With the help of electron beam induced deposition with nanometer precision nanocrystalline composite material nanoelectronic assemblies and circuits in one submitted wiring level can be built into it.
Mit dieser neuartigen Technik, die neuartiges Material und Rechnersteuerung und Automatisierung benützt, können neuar tige, bisher nicht erreichte Leistungen erreicht werden. With this novel technology, the novel material and Computer control and automation can be used achievements that have not yet been achieved.
Einige bevorzugte Ausführungsformen von Röhrensystemen, die auf einem isolierenden Medium auf in Planartechnik mit Lithographie vorgefertigten Leiterbahnstrukturen Feldemis sions-Kathoden mit passivem Stromstabilisier-Widerstand aufgebaut sind, und denen gegenüber wenigstens eine Anode aus einem oder mehreren Drähten zugeordnet sind, sind:Some preferred embodiments of tube systems that on an insulating medium using in planar technology Lithography of prefabricated Feldemis conductor structures ion cathodes with passive current stabilizing resistor are constructed, and to which at least one anode are assigned from one or more wires are:
- - eine Diode mit Feldelektronen-Emitter geschaltet und mit Elektronen betrieben,- A diode with field electron emitter switched and with Operated electrons,
- - eine Diode als Ionen-Emitter geschaltet und mit H₃O⁺-Ionen betrieben, (da an Luft alle Oberflächen mit Wasser überzogen sind und daher bei Feldstärken über 10⁷ Volt/cm die Feldionisation einsetzt und den Röhreninnenwiderstand bestimmt),- A diode connected as an ion emitter and with H₃O⁺ ions operated (because in air all surfaces with water are coated and therefore with field strengths above 10⁷ volts / cm uses the field ionization and the Internal tube resistance determined),
- - eine Triode herkömmlicher Bauart, welche auch wieder mit Ionen oder Elektronen betrieben werden kann, bei der außer Kathode und Anode ein Gitter in Form von einer oder mehreren Öffnungen oder auch nur in Form von 2 Stäben ohne obere und untere Begrenzung des Feldes zwischen die beiden Elektroden geschaltet ist,- A triode of conventional design, which also with Ions or electrons can be operated at the in addition to the cathode and anode, a grid in the form of one or several openings or only in the form of 2 Bars without upper and lower boundaries of the field is connected between the two electrodes,
- - eine Tetrode bzw. Pentode, bei der dem ersten Gitter eins oder mehrere Gitter nachgeschaltet sind,- A tetrode or pentode, in which the first grid one or more grids are connected downstream,
- - eine Tetrode bzw. Pentode, bei der dem ersten Gitter mehrere Gitter und Teilgitter nachgeschaltet sind, und die durch zwei Potentialzuführungen getrennt einschalt bar sind, und dadurch zusätzlich auch noch ein schnelles Schalten zwischen zwei gegeneinander isoliert angebrach ten Anoden ermöglichen.- A tetrode or pentode, in which the first grid several grids and partial grids are connected downstream, and which are switched on separately by two potential feeds are bar, and therefore also a fast one Switch between two insulated against each other enable anodes.
Alle diese Röhren können in mäßigem Vakuum von 1 Torr betrieben werden, so daß die mittlere freie Weglänge der Elektronen oder Ionen in dem Gas bei diesem Druck so ein gestellt ist, daß die Röhre durch die Röhrendimensionen funktionsfähig wird.All of these tubes can be used in a moderate vacuum of 1 Torr operated so that the mean free path of the Electrons or ions in the gas at this pressure is that the tube through the tube dimensions becomes functional.
Die Röhren können in einem evakuierten Gefäß hermetisch gekapselt und die elektrischen Zuführungen durch die Kapse lung als Dünnfilm-Leitungen geführt sein oder die elektri schen Zuführungen sind durch die Wände der Kapselung als Durchführungsdrähte in isolierend gefüllten Bohrungen ausgeführt.The tubes can be hermetically sealed in an evacuated vessel encapsulated and the electrical leads through the capsule be led as thin film lines or the electri feeds are through the walls of the encapsulation as Feed-through wires in insulated filled bores executed.
Mehrere Röhren, ja ganze Schaltungen können in einem größe ren mit geeignetem Druck und Gas oder Wasser vom ausrei chenden Partialdruck gefüllten Vakuumraum aufgebaut und hermetisch abgeschlossen sein und der Hohlraum kann mit einem eingebrachten Getterstoff konstant auf Vakuum gehal ten werden, wie das in der Röhrentechnik üblich ist.Several tubes, yes whole circuits can be in one size Clean with suitable pressure and gas or water appropriate partial pressure filled vacuum space and be hermetically sealed and the cavity can with an introduced getter material constantly at a vacuum as is common in tube technology.
Zur Erzielung eines geringeren Röhreninnenwiderstandes und um den Emissionsstrom zu erhöhen, können mehrere Elektro nen- oder Ionen-Emitter parallel geschaltet sein.To achieve a lower internal tube resistance and to increase the emission current, several electric nen or ion emitter can be connected in parallel.
Die den Elektronen- oder Ionen-Emittern vorgeschalteten Widerstände zur passiven Stromregelung der Emitter können, entsprechend der Stellung in der Röhre, in ihrer Größe so ausgebildet sein, daß die Feldstärkevariation in der Röhre ausgeglichen wird und gleichmäßige Strom-Emission aus den einzelnen Kathoden erzielt wird.The upstream of the electron or ion emitters Resistors for passive current control of the emitters can according to the position in the tube, its size so be trained that the field strength variation in the tube is balanced and uniform electricity emission from the single cathodes is achieved.
Mit der Korpuskularstrahl-indizierten Deposition können leitfähige und isolierende Drähte in der Ebene und im Raum aufgebaut werden. Die Drahtdurchmesser sind ca. 0,1 µm, die Länge bis 10 µm. Die Drähte können 2 MA/cm² große Strom dichten vertragen. Der Wert ist 8 mal höher als zum Beispiel bei Aluminium (250 000 A/cm²). Feldemission ist aus den Drahtspitzen möglich mit ca. 15-fach geringerem Innen widerstand pro Emitter als bei herkömmlichen Feldemittern der Vakuummikroelektronik. Feldemitter-Elektronenquellen können mit dieser Technik mit eingebautem Strom-Stabili sierwiderstand aufgebaut werden. Damit arbeitet jede Spitze unabhängig und kontrolliert und in ihrem Emissionsstrom passiv stabilisiert. Damit wird die Anforderung nach Redundanz an die Spitzen in der Röhre oder in die parallel angeordneten Emitter verringert.With the corpuscular beam-indicated deposition can conductive and insulating wires in the plane and in space being constructed. The wire diameter is approx. 0.1 µm, the Length up to 10 µm. The wires can have 2 MA / cm² current tolerate dense. The value is 8 times higher than at Example with aluminum (250,000 A / cm²). Field emission is off the wire tips possible with approx. 15 times less inside resistance per emitter than with conventional field emitters vacuum microelectronics. Field emitter electron sources can with this technology with built-in current stabili resistance can be built up. Every tip works with it independent and controlled and in their emission current passively stabilized. So that the request for Redundancy at the tips in the tube or in the parallel arranged emitter reduced.
Die Drähte enden in einer sehr feinen Spitze mit Radien < 5 nm, aber mit nanometergroßen Kristallen, die aus der Spitze herausragen und dadurch eine Feldverstärkung bewirken. Das äußert sich in einer stark verringerten Extraktionsspannung für den Feld-Elektronen-Strom. Der Widerstand der deponier ten Materialien ist über die Depositions-Bedingungen im Bereich von 5 Größenordnungen einstellbar. Mit der rechner gesteuerten Deposition werden 3-dimensionale Strukturen hergestellt, die als Elektrode für Mikro-Röhren und Röhren systeme dienen, die einzelne Strahlen erzeugen, oder die vielmals nebeneinander hergestellt werden können. Damit ist eine Technik gefunden, mit der vielfache Elektronenstrahlen auf lithographischen Schaltungen und Trägerplatinen herge stellt werden können, die dann wiederum als Produktions mittel für Depositions-Strukturen einsetzbar sind. Damit ist die Produktionstechnik gefunden, mit der Mikroröhren, Dynatron-Oszillatoren und schnelle verstärkende Schalter oder auch schnelle mit 100 GHz löschbare Digital-Speicher in paralleler Herstellungstechnik produziert werden können.The wires end in a very fine tip with radii <5 nm, but with nanometer-sized crystals emerging from the tip protrude and thereby cause a field strengthening. The manifests itself in a greatly reduced extraction voltage for the field electron current. The resistance of the depositors materials is about the deposition conditions in the Range of 5 orders of magnitude adjustable. With the calculator controlled deposition become 3-dimensional structures manufactured as an electrode for micro tubes and tubes serve systems that generate individual rays, or that many times can be produced side by side. So that is found a technique using multiple electron beams on lithographic circuits and carrier boards can be put, which in turn as production can be used for deposition structures. In order to the production technology is found with which microtubes, Dynatron oscillators and fast amplifying switches or fast digital memories that can be erased with 100 GHz can be produced in parallel manufacturing technology.
Durch die Feinheit der Definition der Materialerzeugung bei der Korpuskularstrahl-induzierten Deposition mit Rechner steuerung können neuartige Röhren Bauelemente, Differenz verstärker und Schaltungen ohne die Verwendung von Halb leitermaterialien direkt aufgeschrieben werden. Diese Schaltungen können auf Grund der Kleinheit und der Nanome terpräzision bei höheren Frequenzen, als sie mit herkömm lichen Röhren erreichbar sind, betrieben werden. Die Her stellungstechnik für elektronische Schaltungen ist stark vereinfacht, die Packungsdichte stark erhöht.Due to the delicacy of the definition of material production at the corpuscular beam-induced deposition with computer can control novel tube components, difference amplifiers and circuits without the use of half conductor materials can be written down directly. This Circuits can be due to the small size and the nanometers precision at higher frequencies than with conventional tubes can be reached, operated. The Her Positioning technology for electronic circuits is strong simplified, the packing density greatly increased.
Als erstes Anwendungsbeispiel zeigt Fig. 1 den Prinzipauf bau für eine Diode, Triode und Ablenk-Tetrode mit THz-Schalteigenschaften. Bei der Ablenktetrode kann der Ver stärkungsfaktor und eine überlagerte Schaltung auf 2 Anoden durchgeführt werden, was einen besonders stabilen Betrieb ermöglicht.As a first application example, Fig. 1 shows the principle of construction for a diode, triode and deflection tetrode with THz switching properties. With the deflection electrode, the gain factor and a superimposed circuit can be carried out on 2 anodes, which enables particularly stable operation.
Die Fig. 2 zeigt oben eine Triode aus Kathode, Emitter und Anode und unten eine Triode aus mehreren Kathoden, Gitter und Anode zur Vergrößerung des Emissionsstromes und Ver ringerung des Innenwiderstandes. Fig. 2 shows above a triode from cathode, emitter and anode and below a triode from several cathodes, grid and anode to increase the emission current and reduce the internal resistance.
In Fig. 3 ist eine Mikro-Triode mit Potentialverlauf wie dergegeben. Die Kathode liegt dabei auf 0 V, das Gitter auf 50 V und die Anode auf 60 V. Durch mehrere Gitter, die zwischen Kathode und Anode eingebaut werden, können Mehr-Elektrodenröhren, Beschleuniger und Verzögerer und andere Röhren aufgebaut werden.In Fig. 3 is a micro-triode as dergegeben with potential profile. The cathode is at 0 V, the grid at 50 V and the anode at 60 V. With several grids that are installed between the cathode and the anode, multi-electrode tubes, accelerators and retarders and other tubes can be built.
In Fig. 4 ist eine Mikro-Pentode aus Feldemitter-Kathode K, Gittern G1 bis G3 und Anode A mit Potentialen dargestellt.In FIG. 4, a micro-pentode from field emitter cathode K, grids shown G1 to G3 and the anode A with potentials.
Bereits realisierte Aufbauten zu Trioden sind in Fig. 5 wiedergegeben. Hier ist der Aufbau zweier Mikro-Röhren dargestellt. Die Röhren sind in nicht optimierter Form mit Hilfe der Elektronenstrahl-induzierten Deposition und Rechnersteuerung im Rasterelektronenmikroskop aufgebaut.Structures already implemented to form triodes are shown in FIG. 5. Here the structure of two micro tubes is shown. The tubes are constructed in a non-optimized form with the help of electron beam-induced deposition and computer control in the scanning electron microscope.
Oben sind die beiden Röhren in Aufsicht und unten in Seitenansicht wiedergegeben.The top of the two tubes are in supervision and the bottom in Reproduced side view.
Die Fig. 6 zeigt 2 Mikroröhren-Aufbauten aus platinhaltigem nanokristallinem Material im Schrägbild. Das Bild zeigt die technische Machbarkeit für die Strukturierung mit Additiver Lithographie. Fig. 6 shows 2 micropipe bodies from platinum-nanocrystalline material in oblique view. The picture shows the technical feasibility for structuring with additive lithography.
Die Fig. 5 und 6 zeigen den erstmaligen Aufbau der Anord nung aus bestehenden Makros "FEBOGEN" und "STACIR" mit Hilfe der VIDAS Strahlsteuerung am JSM 840 F. Die Anoden-Drähte sind in 1 min gewachsen. Durch Variation der Para meter kann die Höheneinstellung der Spitzenlage zum Gitter-Viereck noch optimiert werden. Durch Parametervariation im Makro "STACIR" kann ein annähernd rundes Gitter erzeugt werden. FIGS. 5 and 6 show the initial configuration of the Anord voltage from existing macros "FEBOGEN" and "STACIR" using the VIDAS beam control on the JSM 840 F. The anode wires are grown in 1 min. By varying the parameters, the height setting of the top position to the grid square can be optimized. An approximately round grid can be created by parameter variation in the "STACIR" macro.
Durch geeignete Depositionsbedingungen kann die die Spitze tragende Haarnadel als niederohmiges Heizelement und der die Spitze tragende Schaft als hochohmiger passiver Stabi lisierwiderstand ausgebildet werden. Durch Hitzen der Spitze können adsorbierte Gase desorbiert werden und die Emission im Betrieb stabilisiert werden. Dies wird auch durch andauernde Heizung oder gelegentliches "flashen", d. h. kurzes Aufheizen der Spitze erreicht, wobei die Spitze durch diese Verfahren in konventioneller Weise gereinigt wird.With suitable deposition conditions, the tip can wearing hairpin as a low-resistance heating element and the the shaft carrying the tip as a high-resistance passive stabilizer be formed resistance. By heating the Adsorbed gases can be desorbed and the tip Emission can be stabilized during operation. It will too through constant heating or occasional "flashing", d. H. brief heating of the tip reached, the Tip through these procedures in a conventional manner is cleaned.
Die mit den Trioden erreichbaren Kenndaten lassen sich aus folgenden Daten ermitteln. Die Feldemitter-Röhre arbeitet bei 150 µA Emissionsstrom, bei einer Beschleunigungsspan nung Uextr < 10 V. Dann beträgt der Innenwiderstand ("transconductance") Ri < 15 µS. Konventionelle Feldemitter kommen auf 1-2 µS!. Die Feldemissions-Röhre kann auf verschiedene Weise geschaltet werden:The characteristic data that can be achieved with the triodes can be determined from the following data. The field emitter tube works at 150 µA emission current, with an acceleration voltage U extr <10 V. Then the internal resistance ("transconductance") R i <15 µS. Conventional field emitters achieve 1-2 µS !. The field emission tube can be switched in different ways:
- 1. Anlegen Schaltspannung auf die Extraktionsspannung an der Spitze von -Uext. Der Extraktor und die Anode sind dabei auf 0 V oder positiv.1. Apply switching voltage to the extraction voltage at the top of -U ext . The extractor and the anode are at 0 V or positive.
- 2. Anlegen der Schaltspannung auf den Extraktor auf +Uextr. Die Spitze liegt dabei auf 0 V.2. Apply the switching voltage to the extractor at + U extr . The peak is at 0 V.
- 3. Ablenkung des Strahles mit Ablenkplatten Up < 10 V, indem das Extraktionsgitter zweigeteilt wird und an die beiden Hälften unterschiedliche Spannungen angelegt werden. Dann wird der Strahl auf die beiden getrennt aufgebauten Anoden gelenkt (Schaltröhre mit Dauerstrahl).3. deflection of the beam with deflection plates Up <10 V, by dividing the extraction grid into two and connecting them to the different voltages are applied to both halves. Then the beam is built on the two separately Anodes steered (switching tube with continuous stream).
Die zu ladende Speicherkapazität beträgt C = e₀·er·F/d = 8.86·10-12·1·(0.2·10-6)2/10-6 As/V = 3.5·10-18F.The storage capacity to be loaded is C = e₀ · e r · F / d = 8.86 · 10 -12 · 1 · (0.2 · 10 -6 ) 2/10 -6 As / V = 3.5 · 10 -18 F.
Bei einem Stabdurchmesser von 0.2 um und einer Länge von 1 µm im Abstand von 1 µm und mit dem Dielektrikum von Vaku um oder Luft er = 1 hat die Kapazität die Größe von 3.5 attoFarad. Um diese Kapazität auf 5 Volt Ablenkspannung zu laden, ist eine Ladung von Q = C·U = 1.6·10--17 As = 100 e = 100 Elektronen! erforderlich. Diese Ladung kann in 1 psec (1 THz) mit einem Strom von 16 µA aufgebracht werden. Der statistische Fehler ist dann 10% oder SN = 10 (entspricht dem Signal-Rausch-Verhältnis).With a rod diameter of 0.2 µm and a length of 1 µm at a distance of 1 µm and with the dielectric of vacuum or air e r = 1, the capacity is 3.5 attoFarad. In order to charge this capacity to a 5 volt deflection voltage , a charge of Q = CU = 1.6.10 --17 As = 100 e = 100 electrons! required. This charge can be applied in 1 psec (1 THz) with a current of 16 µA. The statistical error is then 10% or SN = 10 (corresponds to the signal-to-noise ratio).
Das Schalten mit 0.1 ps kann bei 160 µA Entladestrom erfol gen (Spannungspuls an der Extraktor-Röhre). Damit übertref fen diese ohne Halbleitermaterialien aufgebauten Röhren die aus III/V- oder II/VI-Halbleitern aufgebauten Schaltungen hinsichtlich ihrer Schaltgeschwindigkeit erheblich.Switching with 0.1 ps can take place at 160 µA discharge current gene (voltage pulse at the extractor tube). With that surpass these tubes constructed without semiconductor materials circuits constructed from III / V or II / VI semiconductors in terms of their switching speed considerably.
Claims (4)
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