The “LED‐version” of the electron gun: An electron source for operation in ambient pressure environments based on silicon field emitter arrays

• Published in: Vakuum in Forschung und Praxis : Zeitschrift für Vakuumtechnologie, Oberflèachen und Dünne Schichten Oberflèachen und Dünne Schichten, 2023-06, Vol.35 (3), p.32-37
• Main Authors: Bachmann, M., Düsberg, F., Pahlke, A., Edler, S., Schels, A., Herdl, F., Hausladen, M., Buchner, P., Schreiner, R.
• Format: Article
• Language: ger
• ISSN: 0947-076X; 1522-2454
• DOI: 10.1002/vipr.202300801

We report on our progress to develop and optimize electron sources for practical applications. A simple fabrication process is introduced based on a wafer dicing saw and a wet chemical etch step without the need for a clean room. Due to the formation of crystal facets the samples show a homogeneous geometry throughout the array. Characterization techniques are developed to systematically compare various arrays. A very defined measurement procedure based on current controlled IV‐sweeps as well as lifetime measurements at various currents is proposed. To investigate the current distribution in the array a commercial CMOS detector is used and shows the potential for in depth analysis of the arrays. Finally, a compact hermetically sealed housing is presented enabling electron generation in atmospheric pressure environments. Die „LED‐Version“ einer Elektronenquelle Wir berichten über unsere Fortschritte bei der Entwicklung und Optimierung von Elektronenquellen für praktische Anwendungen. Ein einfacher Herstel‐lungsprozess wird vorgestellt, bei dem eine Wafersäge und eine nasschemische Ätzung zum Einsatz kommen und der ohne einen Reinraum durchgeführt werden kann. Da die Emitter‐spitzen durch verschiedene Ätzraten der Silizium‐Kristallfacetten entstehen, wird eine sehr homogene Geometrie im gesamten Array erreicht. Zum systematischen Vergleich verschiedener Arrays werden geeignete Charakterisierungsmethoden entwickelt. Ein genau definiertes Verfahren basierend auf stromgesteuerten Strom‐Spannungs‐Kennlinien sowie Lebensdauermessungen bei verschiedenen Strömen wird vorgeschlagen. Zur Untersuchung der Stromverteilung im Array wird ein kommerzieller CMOS‐Detektor verwendet und das das Potential für eine detaillierte Analyse von Emitter Arrays demonstriert. Schlieβlich wird ein kompaktes, hermetisch geschlossenes Gehäuse vorgestellt, das die Erzeugung eines Elektronenstrahls in Umgebungen mit atmosphärischem Druck ermöglicht.