Vakuummikroelektronik mit Spindt-Typ Feldemitter Arrays
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V I P
Vakuummikroelektronik mit Spindt-Typ
Feldemitter Arrays
Hightech-Kathoden mit Quanten-Tunneleffekt, kalter Feldemission und freien
Elektronen
Wolfram Knapp
1 Einleitung
Im November 2021 hat das Stanford
Research Institute (SRI) International
in Menlo Park Kalifornien den 75. Jah-
restag seiner Gründung gefeiert. Im
Jubiläumsjahr wurden in den Medien
wichtige Innovationen des SRI vorge-
stellt. Eine Präsentation [1] gibt hier
Anlass eine Erfindung aus dem Jahr
1970 hervorzuheben, die aus Sicht der
Vakuumelektronik eine besondere
Innovation war und ist, das Spindt
Field Emitter Array (Abkürzung: FEA),
in der Fachliteratur somit auch Spindt
FEA oder Spindt Cathode genannt. Mit
dem Spindt Field Emitter Array wurde
die mikroelektronische Fertigung der
ABBILDUNG 1: Darstellung des Feldemitter Arrays im Patent US3755704A (Anmeldedatum 6.2.1970)
Halbleiterindustrie erfolgreich in die mit Originalbezeichnungen: 10 – substrate, 12 – metal film, 14 – dielectric insulating film, 15 –
Vakuumelektronik überführt und so die cellular array of apertures, 16 – needel-like emitting protuberance, 18 – accelerator film electrode,
Entwicklungen der Vakuummikroelekt- 20 – potential source [2].
ronik und später der Vakuumnanoelek-
tronik in Gang gesetzt und maßgeblich 2 Spindt FEA Dünnschichttechnik mit der Array-
beeinflusst. In diesem Zusammenhang 2.1 Die Erfindung Anordnung und den Feldemissionska-
wird daran erinnert, dass Mitte des letz- thoden, wie sie prinzipiell auch heute
ten Jahrhunderts mit der Entwicklung Die Originalzeichnung zur Erfindung noch gefertigt wird. Bei dem Spindt
des Transistors zum Massenprodukt des Spindt FEA ist in Abb. 1 dargestellt FEA handelt es sich um ein spannungs-
ein Niedergang der Vakuumröhren ver- [2]. Sie zeigt die Grundstruktur der gesteuertes Bauelement, wie an der
bunden war, die in vielen Anwendungs-
bereichen durch die Halbleitertechnik
ersetzt wurden. Insbesondere in der ZUSAMMENFASSUNG
Unterhaltungselektronik setzte danach
Im Jahr 1970 hat mit der Erfindung des deutlich erhöht. Das wird im Design
eine rasante Entwicklung ein, die mit
Spindt Feldemitter Arrays die rasante durch die Verringerung der Elek
klassischer Röhrentechnik nicht mög-
Entwicklung der Vakuummikroelek- trodenabstände unter 1 µm und mit
lich war.
tronik begonnen. Spindt Feldemitter Emitter-Spitzenradien kleiner 25 nm
Dieser Beitrag stellt das Spindt Field
Arrays sind spannungsgesteuerte Elek- erreicht. Die Substitution der thermi-
Emitter Array als eigenständiges Bau-
tronenquellen mit nanostrukturierten schen Kathoden und viele vakuum-
element mit seiner Funktionsweise,
Hightech-Kathoden, die das Quanten- elektronische Anwendungsmöglich-
Entwicklungstrends und vielfältigen
Tunneln für die kalte Feldemission bei keiten zum Beispiel in miniaturisierten
Anwendungsmöglichkeiten in der
hohen lokalen Feldstärken ausnutzen. Röntgenröhren sind Motivationen ste-
Vakuummikroelektronik vor. Da im letz-
Anhand der Fowler-Nordheim Theorie tiger Weiterentwicklungen. Bei Spindt
ten halben Jahrhundert mehrere Tau-
wird gezeigt, dass eine hohe geome- FEAs gibt es aber auch Probleme in der
send Fachpublikationen dazu erschie-
trische Feldverstärkung bei kleiner Nutzungsdauer, vor allem wenn sie
nen sind, kann ein Übersichtsartikel nur
Extraktionsspannung unter 100 V die Durchschlägen in der vakuumelektro-
begrenzt sein.
Effizienz der Elektronenfeldemission nischen Anwendung ausgesetzt sind.
30 ViP Februar 2022 Vol. 34 Nr. 1 DOI:10.1002/vipr.202200774 © 2022 Wiley-VCH GmbH
VAKUUM
Spannungsquelle (20) zu sehen und für
Molybdenum
die Elektronenfeldemission unbedingt Gate Film
notwendig. Die Erfindung hat erst spä-
0.4 µm 1.5 µm
ter den Namen von Charles A. „Capp“
Spindt von der Fachwelt erhalten. Es
war die Anerkennung seiner Leistung
bei der Umsetzung der Idee zum funkti- 1.5 µm
onstüchtigen Bauelement der Vakuum- Silicon
Dioxide
mikroelektronik. Insulating
Die Grundstruktur eines Feldemitter Layer
Arrays aus der Anfangszeit der Entwick-
lung im SRI ist in Abb. 2 dargestellt. Für Molybdenum
die ersten Arrays wurden die Feldemit- Cone Silicon Substrate
ter und die Gate-Schicht noch aus
ABBILDUNG 2: Querschnittsschema eines Spindt FEAs mit typischen Abmessungen und Materialien
Molybdän gefertigt.
um 1976 [3].
In der SEM-Aufnahme der Abb. 3 ist zu
sehen, dass pro Arrayfläche von ca. 2,5 Elektronen aus dem Festkörper emittie-
x 2,5 µm² ein Grundelement des Spindt ren. Diesen Effekt nennt man allgemein
FEA mit jeweils einer Emitter-Kathode Quanten-Tunneleffekt oder auch Fow-
angeordnet ist. ler-Nordheim-Tunneln, benannt nach
Die Abkürzung FEA steht für Field Ralph Howard Fowler und Lothar Nord-
Emitter Array, Field Emission Array heim, die 1928 erstmals diesen Effekt
und auch Field Emission Amplifica- theoretisch beschrieben haben [5]. Mit
tion. Die Verstärkung resultiert aus Berücksichtigung des Schottky-Effekts
dem Mikrodesign des Spindt FEA. haben Murphy und Good die Theorie
Für die Erläuterung ist etwas Theorie weiterentwickelt [6]. Für beide Theorien
notwendig. sind die Potentialverläufe V(x) in Abb. 4
eingezeichnet. Klassisch betrachtet
wäre es für ein Elektron nur möglich das
2.2 Die Elektronenfeldemission
Kathodenmaterial zu verlassen, wenn
Bei der Elektronenfeldemission wer- seine mittlere thermische Energie grö- ABBILDUNG 3: SEM-Aufnahme einer Array-Anordnung (aus [4] S. 564).
den durch ein ausreichend starkes ßer ist als die materialabhängige Aus-
elektrisches Feld Elektronen mit einer trittsarbeit . des Feldemitter-Materials berechnet:
sehr geringen Energiebreite aus einer
Kathodenspitze emittiert (Feldemitter),
Um den Verstärkungseffekt bei
Spindt FEAs zu erläutern, ist die Fowler-
J = K1 __
2
( Φ
F · exp –K ____
Φ
3/2
2 F ) (1),
wie in Abb. 4 skizziert. Die Elektronen Nordheim(FN)-Gleichung hilfreich. In mit den FN-Konstanten K1 ≈ 1,541 · 10-6
tunneln durch die Potentialbarriere, der Form J = f(F) wird die Stromdichte A eV V-2 und K2 ≈ 6,831 · eV-3/2 V nm-1. Für
die durch das äußere elektrische Feld J der Elektronenemission in Abhängig- die Elektronenemission ist eine lokale
gebildet wird. Es gibt eine feldabhän- keit von der lokalen Feldstärke F an der Feldstärke F von etwa 3 ... 6 V/nm not-
gige Wahrscheinlichkeit, dass einzelne Emitterspitze und der Austrittsarbeit wendig (vgl. Gomer [8], S. 1 und S. 53
mit Zitat: „for minimum visible emis-
sion“). Dieser F-Wert muss für eine mini-
SUMMARY male Feldemission an der Emitterspitze
Vacuum microelectronics with Spindt-type field emitter arrays – hightech cathodes durch den Feldverstärkungsfaktor γ =
with quantum tunnel effect, cold field emission and free electrons β · d an der Emitterspitze und der mak-
In 1970, the rapid development of tron field emission. This is achieved in roskopischen Feldstärke FM erreicht
vacuum microelectronics began with the design by reducing the electrode werden:
the invention of the Spindt field emit- spacing below 1 µm and with emitter F = γ · FM = γ · (U/d) = β · U (2),
ter array. Spindt field emitter arrays tip radii smaller than 25 nm. The subs-
are voltage-controlled electron sour- titution of thermal cathodes and many wobei die makroskopische Feldstärke
ces with nanostructured high-tech vacuum electronic application pos- FM = U/d sich aus dem Abstand d zwi-
cathodes that exploit quantum tun- sibilities, for example in miniaturized schen Emitterspitze und Gate-Elektrode
neling for cold field emission at high X-ray tubes, are motivations of cons- (s. Abb. 2 und Abb. 3) sowie der Extrak-
local field strengths. Using Fowler- tant further developments. However, tionsspannung U ergibt. Hier ist β ein
Nordheim theory, it is shown that high Spindt FEAs also have problems in use- geometrischer Feldverstärkungsfaktor,
geometric field enhancement at small ful life, especially if they are exposed to in der Theorie auch „(characteristic)
extraction voltage below 100 V signifi- breakdowns in the vacuum electronic voltage-to-local-field conversion fac-
cantly increases the efficiency of elec- application. tor“ genannt, wie von Richard Forbes in
[4] z. B. auf Seite 433 ausführlich erklärt.
© 2022 Wiley-VCH GmbH Vol. 34 Nr. 1 Februar 2022 ViP 31
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rechtfertigt den Optmierungs- und Fer-
Solid Vacuum
EVac tigungsaufwand im Interesse der Erhö-
X hung von Emissionseffizienz und auch
V(x) = EVac- eEsx
der Lebensdauer bei kleineren Extrakti-
Energy onsspannungen. Eine weitere wichtige
Φ ≈ 5 eV
Kenngröße für die Anwendung von
Field emitted electron
energy distribution Spindt FEAs ist die Elektronentransmis-
EF e sion ve:
e e
ve = IA/IC x 100 % (5).
Fermi sea
Die Elektronentransmission ve gibt an,
V(x) = EVac- eEsx - 1 e
2
4πε0 4x
Intensity [a.u.] wieviel Prozent des Kathodenstroms
IC für die Anwendung zur Verfügung
steht, z. B. als Anodenstrom IA in einer
ABBILDUNG 4: Energie- und Potentialschema der Feldemission von Elektronen (e) aus
Röntgenröhren (Triodenschaltung).
der Festkörper-Oberfläche in das Vakuum mit Quanten-Tunneln bei hoher Feldstärke. Die
Austrittsarbeit Φ ≈ 5 eV entspricht der von Kohlenstoff. Die Energieverteilung hat eine Spindt FEAs sind so designt, dass der
Halbwertbreite von ca. 0,2 eV und ist nicht maßstabsgerecht dargestellt (aus [7] S. 9). Wert nahe 100 % ist. Der Nachteil ist,
dass die Emitterspitzen praktisch unge-
In der Praxis hat sich für die FE-Cha- Für die Erreichung kleiner Extraktions- schützt sind.
rakterisierung und den Vergleich von spannungen:
Feldemitter-Kathoden die Messung der U = (d/γ) · F (4) 3 Weiterentwicklungen
Schwellwert-Feldstärke für FM bei einem
Emissionsstrom IE = 1 nA bewährt.sind dem Entwickler von Elektronen- Für Spindt FEAs wurden im Labor
quellen mit Feldemitter-Kathoden auch Spitzenwerte von weit
2.3 Die Feldverstärkung gemäß Gl. (4) somit zwei Möglichkeiten über 10 mA Emissionsstrom bei
Die Effizienz der Elektronenemission gegeben: Elektronentransmission nahe 100 %
wird durch das Verhältnis des erreich- 1. Verringerung des Abstands d zwi- erreicht. Damit ist das Spindt FEA für fast
ten Elektronenstroms IE zur dafür not- schen Emitter und Gate, alle Anwendungen in der Vakuummik-
wendigen elektrischen Leistung Pel 2. Erhöhung der Feldverstärkung γ an roelektronik als Elektronenquelle geeig-
bestimmt: der Emitterspitze. net, wie zum Beispiel in Field Emission
___Ie ____ Ie __ 1 Der geringe Abstand d wird bei Displays (FEDs), Röntgenquellen, Sende-
P = U · I = U (3)
el e Spindt FEAs durch die mikroelektroni- und Mikrowellenröhren, Ionisationsma-
und ist bei Elektronenfeldemission von sche Fertigung mit Dünnschichttechnik nometern, Massenspektrometern und in
der Extraktionsspannung U abhängig. erreicht. Er ist etwa 1 µm oder gerin- vielen anderen Anwendungen.
ger. Der Feldverstärkungsfaktor hängt Leider wurden die hohen Erwar-
r
von der Geometrie der Feldemitter- tungen in der industriellen Praxis nicht
Kathode ab, wie in Abb. 5 schematisch immer erfüllt, weil die Lebensdauer
h dargestellt. Für die Berechnungen wur- der Spindt FEAs unzureichend ist und/
den 3 Abmessungen berücksichtigt: oder der Fertigungsaufwand zu kos-
Höhe des Emitters, Radius und Winkel tenintensiv. Letzteres trifft auch für
der Emitterspitze. Die Ergebnisse sind das Field Emission Display zu. Vor der
ABBILDUNG 5: Schema zu Emitter-Geometrien mit unterschiedli- im Diagramm der Abb. 6 zu sehen. Jahrtausendwende war die erfolgsver-
chen Feldverstärkungsfaktor γ bzw. β [9], nach rechts zunehmend. In den Abb. 5 und 6 ergibt sich für α = sprechende Strategie, die klassischen
0 der Sonderfall für die Berechnung Elektronenstrahlröhren durch FEDs zu
250 Emax α = 0° von Nanotubes als Feldemitter, der mit ersetzen. Allerdings haben sich andere
α = 30°
α = 60° Berücksichtigung unterschiedlicher Flachbildschirm-Technologien durch-
200 R
α = 90°
Feldverstärkungsfaktor β
Elektrodenformen in [11] umfangreich gesetzt wie zunächst LCD- und Plasma-
H
α untersucht wurde. Bildschirme und jetzt noch großflächi-
150
Den Einfluss des Radius der Emit- gere Flachbildschirme mit OLEDs und
terspitze auf die Feldverstärkung und LEDs. Für Röntgendisplays sind die
100
somit auf die Charakteristik der Elekt- letztgenannten Technologien jedoch
50 ronenfeldemission sind für Spindt-FEAs nicht geeignet, so dass wir auf die wei-
gleicher Bauart in Abb. 7 dokumentiert. tere Entwicklung gespannt sind.
0 Die Messungen zeigen für alle Spindt Ein Nachteil von Spindt FEAs ist,
50 100 150 200 250 300 Arrays Emissionsströme bis 10 mA bei dass die mikrostrukturierten Arrays
Aspektverhältnis H/R
unterschiedlichen Extraktionsspannun- praktisch ungeschützt im Vakuum
ABBILDUNG 6: Geometrischer Feldverstärkungsfaktor β in Ab gen. Die dafür notwendige Spannung angewendet werden. Wenn dann ein
hängigkeit vom Aspektverhältnis H/R und Tip-Winkel α , Berech konnte durch Verkleinerung des Emit- Durchschlag erfolgt, ist ein Totalausfall
nungen für Kathoden-Gate-Abstand d = 5H (Diagramm aus [10]). terradius in etwa halbiert werden und sehr wahrscheinlich, weil die zarten
32 ViP Februar 2022 Vol. 34 Nr. 1 © 2022 Wiley-VCH GmbHVAKUUM
FEA-Mikrostrukturen den Energieein- reihe wurde im Jahr 2004 in „Internatio- 1.0 · 10-2 r = 250 Å
trag der Plasmaentladung nicht unbe- nal Vacuum Nanoelectronics Conference seasoned
r = 250 Å r = 1200 Å
schadet überstehen, wie das Beispiel in (IVNC)“ umbenannt, weil die funktions- 0.8 · 10-2
Emission current (A)
Abb. 8 zeigt. bestimmenden Größen der Feldemitter-
Die Probleme der Spindt-FEAs führ- Kathoden im nm-Bereich und somit ein
0.6 · 10-2
ten zu alternativen Entwicklungen von Teil der Nanotechnologie sind.
anderen FEAs, wie in [12] bis [14] aus- Der Veranstaltungsort der Konfe-
führlicher beschrieben. Abb. 9 zeigt den renzserie wechselt jährlich in regelmä- 0.4 · 10-2
Vergleich von verschiedenen Elektro- ßiger Reihenfolge zwischen Nordame-
nenquellen-Strukturen mit dem Spindt rika, Europa und Asien. Die Konferenz 0.2 · 10-2
Feldemitter Array [15]. Eine interessante IVMC bzw. IVNC fand bisher dreimal in
Entwicklung sind die Metal-Insulator- Deutschland statt. Die Jahre, Orte und 0
Metal(MIM)-Kathoden mit sehr gerin- die verantwortlichen Organisatoren 0 25 50 75 100 125 150 175 200
gem Abstand zwischen den Metallelek- waren: 1999 die 12th IVMC in Darmstadt, Applied Voltage (V)
troden von nur 5...10 nm, so dass für die Dr. Hans W.P. Koops / Deutsche Telekom ABBILDUNG 7: Kennlinien-Messungen IE = f (UA) für 2 Spindt
Elektronenfeldemission eine geringe AG Technologiezentrum, 2011 die 24th FEAs mit 10000-Tip und mit verschiedenen Radien der
Extraktionsspannung von ca. 10 V aus- IVNC in Wuppertal, Prof. Günter Müller Mo-Emitterkegelspitzen, hier r = 25 nm und 120 nm (aus [7] S.
reicht. Allerdings hat die MIM-Kathode / Bergische Universität Wuppertal und 556).
eine sehr geringe Effizienz von nur 3 % 2017 die 30th IVNC in Regensburg, Prof.
(Elektronentransmission). Für größere Rupert Schreiner / OTH Regensburg.
Emissionsströme von mindestens 1 mA Ein Eindruck zum Konferenzgeschehen
sind CNT-Feldemitter in Dickschicht- 2017 wurde in [16] vermittelt. Für die
technik interessant, weil diese wesent- Dokumentation und Nachbereitung
lich robuster sind als geätzte Mikrostruk- sind die TECHNICAL DIGEST mit allen
turen und auch Durchschläge aushalten, Abstracts wertvoll. Für die letzten Jahre
wie eigene Untersuchungen in einem sind diese auch in elektronischen Versi-
laufenden Forschungsprojekt zeigen. onen verfügbar. Viele Vorträge werden
zudem ausführlich im Journal of Vacuum
Science & Technology (JVST) veröffent-
4 Konferenzserie
licht. Im Fokus der Konferenzen ste-
Im Jahr 1988 wurde die „1st International hen Themenfelder aus dem gesamten
Vacuum Microelectronics (IVMC)“ in Wil- Bereich der Vakuum‐Nanoelektronik von
liamsburg /Virginia von Dr. Henry Gray den theoretischen Grundlagen bis hin
und Dr. Capp Spindt organisiert. Damit zu industriellen Anwendungen.
wurde eine Konferenzserie begründet, Seit 1999 wird auf der Konferenz der
die jährlich stattfindet und mit bisher 34 Shoulders-Gray-Spindt (SGS) Award für
Tagungen sehr erfolgreich war. Diese den besten Vortrag verliehen. Der Preis
ABBILDUNG 8: SEM-Aufnahme: Zerstörung eines Emitters nach
erste Konferenz stand unter dem Motto wurde bisher zweimal an deutsche
Durchschlag bei einem Spindt FEA mit 5000 Tips (aus [7], S. 557)
„Back to the Future“ in Anspielung auf Nachwuchswissenschaftler verliehen:
die Renaissance der klassischen Röh- Während der IVMC 2000 an Bernd Gün-
rentriode als Vakuum-Mikrotriode mit ther von der Universität Wuppertal für sion from diamond and AlN coated Si
Spindt FEAs gefertigt. Die Konferenz- den Vortrag “Comparison of field emis- tips” und auf der IVNC-IVESC 2019 an
Christoph Langer von der OTH Regens-
Thin film Thick film burg für den Vortrag “Field emission
electron source chip for sensor applica-
Spindt MIM S CE CN T
tions fabricated by laser micro machi-
Ir-Pt-Au PdO (inkjet) CNT (screen print)
Structure ning” [17]. Damit wurden auch die
Arbeiten von zwei Forschungsgruppen
Mo Al Al 2 O 3) 10 nm und ihren wissenschaftlichen Leitern
~10 nm aus Deutschland gewürdigt, die seit
Driving vielen Jahren erfolgreich auf den Fach-
Voltage (V) 30 10 10 50
gebieten der Analyse und Nutzung der
Efficiency (%) 1 00 3 3 1 00 Elektronenfeldemission tätig sind.
Company Futaba Hitachi SED Inc. Samsung, Noritake
5 Zusammenfassung
ABBILDUNG 9: Vergleich von Mikro-Elektronenquellen: Spindt-FEA, MIM (Metal Insulator
Metal), SCE (Surface Conduction Emitter) und CNT (Carbon Nanotube; hier nur Kathode Um 1970 hat mit der Erfindung des
ohne Gate- bzw. Grid-Struktur) aus [15]; Anmerkung: Efficiency (%) entspricht hier der Spindt Feldemitter Arrays bei SRI Inter-
Elektronentransmission. national in Kalifornien die rasante Ent-
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sie Durchschlägen in der vakuumelekt-
ronischen Anwendung ausgesetzt sind.
1988 wurde mit der International
Vacuum Microelectronics Conference
(IVMC / ab 2004: IVNC) eine Konferenzse-
rie gestartet, die sich zu einer wichtigen
Institution des fachlichen Austauschs
über Herstellung, Charakterisierung
und Anwendung von Elektronenquel-
len mit Schwerpunkt Feldemitter-
Kathoden entwickelt hat, einschließlich
der Publikationen in Fachjournalen.
ABBILDUNG 10: Die Väter der Vakuummikroelektronik und Stifter des SGS-Awards (von links): Capp Literaturzitate
Spindt, Ken Shoulders und Henry Gray auf der 11th IVMC 1998 in Asheville, USA (Foto: Hans W.P. [1] https://medium.com/dish/75-years-of-innova-
tion-spindt-cathode-field-emission-technology-
Koops).
704fcce22106
[2] Patent US3755704A, Field emission cathode struc-
tures and devices utilizing such structures: https://
patents.google.com/patent/US3755704A/en
[3] C.A. Spindt, I. Brodie, L. Humphrey, E.R. Westerberg:
Physical properties of thin-film field emission catho-
des with molybdenum cones. J. of Appl. Physics 47
(1976) 5248-63.
[4] G. Gärtner, W. Knapp, R.G. Forbes (Eds): Modern Deve-
lopment in Vacuum Electron Sources, Topics in Applied
Physics, Volume 135, Springer Nature Switzerland AG,
Cham (2020) S. 547.
[5] R.H. Fowler, L.W. Nordheim: Electron emission in
intense electric fields. Proc Roy Soc A119 (1928) 173.
[6] R.G. Forbes: The Murphy-Good plot: a better method
for analyzing field emission data. R. Soc. Open sci. 6
(2019) 190912 https://royalsocietypublishing.org/
doi/pdf/10.1098/rsos.190912
[7] L.-O. Nilsson: Microscopic characterization of electron
ABBILDUNG 11: Christoph Langer, Doktorand der OTH Regensburg bei Prof. Rupert Schreiner, bei field emission from carbon nanotubes and carbon
seinem Vortrag auf der IVNC 2019 in Cincinnati, mit dem er den SGS-Award erhielt (Foto: Robert thin-film electron emitters. Dissertation Nr. 1337,
Lawrowski aus [17]). Universität Freiburg, Schweiz (2001) S. 9.
[8] R. Gomer: Field Emission and Field Ionization. Harvard
wicklung der Vakuummikroelektronik Durch den Wegfall thermischer Belas- University Press: Cambridge, MA, 1961, S. 1 und 53.
begonnen. Sie vereint die Erfahrungen tungen ist eine extreme Miniaturisie- [9] R. Schreiner et al.: Highly uniform and stable electron
field emission from B-doped Si-tip arrays for applica-
der klassischen Vakuumröhrentechnik rung möglich. Anhand der Fowler-
tions in integrated vacuum microelectronic devices.
mit den Möglichkeiten der modernen Nordheim Theorie wird gezeigt, dass Talk: 108 (Slide 5), Technical Digest of 25th IVNC 2012,
Halbleiterindustrie. Spindt Feldemitter kleinere Extraktionsspannungen die July 9 -13, Jeju, Korea (2012) 50-51.
Arrays sind spannungsgesteuerte Elek- Effizienz der Elektronenfeldemission [10] P. Serbun et al.: Stable field emission of single B-doped
Si tips and linear current scaling of uniform tip arrays.
tronenquellen mit nanostrukturierten deutlich erhöhen. Im Design der Spindt J. Vac. Sci. Technol. B 31 (2013) 02B101 1-6.
Hightech-Kathoden, die das Quanten- FEAs wird das durch die Verringerung [11] C.J. Edgcombe, U. Valdrè: Microscopy and computati-
Tunneln für die kalte Feldemission bei der Elektrodenabstände und durch onal modelling to elucidate the enhancement factor
hohen lokalen Feldstärken ausnutzen. die Erhöhung der Feldverstärkung for field electron emitters. J. of Microscopy 203 (2001)
188–194.
erreicht, wobei letztere vor allem vom [12] S. Itoh: Current Status of the Spindt-type Field Emit-
AUTOR Radius der Emitterspitze abhängt. Gute ter. XXIInd Int. Symp. On Discharges and Insulation in
Feldemissionseigenschaften werden Vacuum, Matsue (2006) 875-876.
erst bei Radien unter 25 nm erreicht. [13] D. Temple: Recent progress in field emitter array deve-
Dr.-Ing. Wolfram Knapp lopment for high performance applications. Materials
Der Autor ist seit über 30 Jahren auf Gebieten Das Spindt FEA war Initialzündung für Science and Engineering, Report R24 (1999) 185-239.
der Vakuumphysik und -technik tätig, bis Ende zahlreiche Nach- und Weiterentwick- [14] W. Zhu (Editor): Vacuum Microelectronics, John Wiley
2019 an der OvG-Uni Magdeburg und jetzt als lungen, weltweit. Die Substitution der & Sons, New York, 2001.
Entwickler der Knapptron GmbH mit Schwer- thermischen Kathode und die vielen [15] D. den Engelsen: The temptation of field emission dis-
plays. Physics Procedia 1 (2008) 355–365.
punkt Vakuumelektronenquellen. Er ist Vor- vakuumelektronischen Anwendungs- [16] W. Knapp: Konferenzbericht von der IVNC 2017 in
standsrat der DVG, leitet seit 2006 den ITG-FA möglichkeiten sind auch heute noch Regensburg – Vakuumnanoelektronik wächst welt-
MN6 „Vakuumelektronik und Displays“ im VDE und erforscht in der wichtige Motivationen. Beispiele hier- weit in der Anwendung, Vakuum in Forschung und
AG Wissenschaft der OvGG die Geschichte der Vakuumtechnik und Praxis (ViP) 29 (2017) 5, 42-44.
für sind die Röntgenröhren, Sende- und
Guerickes fachliches Wirken. [17] R: Schreiner; C. Langer: SGS-Award für Doktorand
Mikrowellenröhren, Weltraumantriebe, der OTH Regensburg. News-Archive der OTHR,
Vakuumsensoren und viele andere. Bei 09/26/2019.
Dr.-Ing. Wolfram Knapp, Privatweg 3, 39291 Möser, Spindt FEAs gibt es aber auch Probleme
dr.who.knapp@t-online.de
in der Nutzungsdauer, vor allem wenn
34 ViP Februar 2022 Vol. 34 Nr. 1 © 2022 Wiley-VCH GmbHSie können auch lesen
