CN104246960A - 电子发射冷阴极器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种器件(11,21)，其包括：阴极(14)，该阴极位于阴极平面上并且在有源区(11a)中包括具有平行于第一参考方向(z)的主延伸方向的一个或多个阴极直指状端子(14b)；对于每个阴极端子(14b)而言，一个或多个电子发射器(14c)形成在所述阴极端子(14b)上并且与之欧姆接触；以及栅电极(15)，该栅电极(15)位于平行于所述阴极平面并与所述阴极平面间隔开的栅极平面上，栅电极不与阴极(14)重叠，并且栅电极在有源区(11a)中包括具有平行于第一参考方向(z)的主延伸方向的两个或更多个栅极直指状端子(15b)；其中，栅极端子(15b)与所述阴极端子(14b)交错。

Description

电子发射冷阴极器件
技术领域
本发明总体涉及属于用于高频应用的半导体真空管族类的微米量级/纳米量级的电子器件，并且特别涉及用于高频应用的电子发射冷阴极器件。更具体地，本发明涉及冷阴极三极管和冷阴极电子枪。
背景技术
如已知的，能够在兆赫(THz)量级下操作的技术已传统地限于分子天文学和化学光谱学。然而，以在THz波段的频率操作的检测器和源方面的近来的进步已使该领域向新的应用展开，诸如国土安全系统、测量系统(网络分析和成像)、生物和医学应用(细胞表征、热与光谱标测)以及材料表征(近场探测、食品产业质量控制和医药质量控制)。
尽管以在THz波段的频率操作的传感器和源的商业应用正在增长，然而这样的增长在某种程度上受到提供以THz频率操作的可靠源的困难所限制，并且由于这样的限制，传统的半导体技术由于电子移动性的不足而已经显示为不合要求的。
使用真空电子而非半导体技术允许电子的性能在真空中相比在待利用的半导体材料中达到更高的速度，并且因此实现更高的工作频率(标称地从GHz到THz)。真空电子器件的基本工作原理是基于射频(RF)信号与所产生的电子束之间的相互作用；RF信号对电子束中的电子施加速度调制，从而允许能量从电子束转移至RF信号。
常规的老一代真空管包括用于产生电子束的热阴极，其在非常高的温度(800℃-1200℃)下操作并且受到很多限制，这些限制包括：高电力要求、长的升温时间、不稳定问题和有限的小型化。
已通过引入具有FEA(场发射阵列)阴极的真空器件来解决前述限制，这带来了显著的优点，特别是对于在THz波段的频率放大而言，使得能够在室温下工作并且实现将尺寸降低至微米和纳米级。用于RF源的FEA结构首先由Charles Spindt提出(C.A.Spindt等,“Physical properties ofthin-film field emission cathodes with molybdenum cones,Journal of AppliedPhysics,vol.47,1976.12,第5248-5263页)，并且通常被称为Spindt阴极(或由于低的操作温度而称为冷阴极)。特别地，Spindt阴极器件采用形成在导电基板上的微加工金属电子发射器尖端或锥并且与其欧姆接触。每个发射器在阳电极与阴电极之间的加速场中具有其自身的同轴孔径。栅电极(也已知为控制或调制栅)通过二氧化硅层与阳电极和阴电极隔离并且与发射器隔离。电子发射器尖端的大型阵列(其每一个均能够产生几十微安)理论上能够产生大的发射电流密度。
Spindt阴极器件的性能受到由于材料磨损而对电子发射器尖端造成的损害的限制，并且出于这种原因，全世界已作出大量努力以寻找用于其生产的创新型材料。
特别地，已经通过将碳纳米管(CNT)用作冷阴极发射器极大地改进了Spindt结构(见例如，S.Iijima,Helical microtubules of graphitic carbon,Nature,1991,vol.354,第56-58页，或者W.Heer,A.Chatelain,D.Ugarte,Acarbon nanotube field-emission electron source,Science,1995,vol.270,Issue5239,第1179-1180页)。
碳纳米管(CNT)优选地是能够使用各种制造工艺来制造的具有范围从大约2nm至100nm的直径以及几个微米的长度的石墨化柱形管。
特别地，CNT可被认为是本质上最好的发射器之一(见例如，J.M.Bonard,J.P.Salvetat,T.Stockli,L.Forrò和A.Field emission fromcarbon nanotubes:perspectives for applications and clues to the emissionmechanism,Applied Physics A,1999,Vol.69,第245-254页)，并且因此是Spindt类型器件中的理想电子发射器；许多研究已经认识到它们的场发射性能(见例如，S.Orlanducci,V.Sessa,M.L.Terranova,M.Rossi和D.Manno,Chinese Physics Letters,2003,Vol.367,第109-114页)。
关于此，图1示出了已知的Spindt型冷阴极器件特别是Spindt型冷阴极三极管(其将CNT用作电子发射器并且在图1中整体由参考标号1表示)的示意性截面视图。
特别地，如在图1所示，三极管1包括：
·阴极结构2；
·阳电极3，通过横向间隔件4与阴极结构2间隔开；以及
·栅电极5，集成在阴极结构2中。
单独地形成具有集成的栅电极5的阴极结构2和阳电极3并且随后利用插入的横向间隔件4键合在一起。用作三极管器件1的阳极的阳电极3由第一导电基板制成，而阴极结构2是多层结构，其包括：
·第二导电基板7；
·介电层8，布置在第二导电基板7与栅电极5之间；
·凹部9，形成为穿透栅电极5和介电层8，以暴露第二导电基板7的表面；以及
·Spindt型电子发射器尖端10(出于便于描述，在图1中仅示出一个电子发射器尖端10)，特别地为碳纳米管(CNT)或纳米线，形成在凹部9中与第二导电基板7欧姆接触并且其用作三极管器件1的阴极。
在操作过程中，使栅电极5偏压允许在对应于且围绕凹部9的区域中控制由阴极结构2产生的朝向阳电极3的电子流；由此产生的电流通过阳电极3的置于栅电极5之上的部分来收集。
在三极管1中，因此可限定：
·有源(三极管)区域1a，其包括对应于且紧密围绕电子发射器尖端10和凹部9的区，在该区中产生和收集电子；以及
·偏压区域1b，作为有源区域1a外部的区域，偏压信号通过该区域传递至有源(三极管)区域1a。
Spindt型冷阴极三极管(诸如例如在图1中示出的三极管1)的外观(topographical)配置受到由存在于栅电极与阳电极和阴电极之间的高寄生电容而导致的重大限制。这些寄生电容严重地限制了这种类型的器件能够达到的工作频率，降低了截止频率并且使得THz应用实质上不可行，甚至对于微米级结构也是如此。
特别地，这些寄生电容是由于栅电极、阳电极与阴电极的重叠而导致的。
由C.A.Spindt、C.E.Holland、A.Rosengreen和I.Brodie在“Field-emitter-array development for high-frequency operation”(Journal ofVacuum Science&Technology B:Microelectronics and Nanometer Structures,Vol.11,Issue2,1993.3,第468-473页)中描述了用于具有Spindt型FEA阴极的真空器件的部分降低前述寄生电容的外观配置。特别地，“Field-emitter-array development for high-frequency operation”描述了其中阴电极和栅电极仅在三极管的有源区域重叠的Spindt型的冷阴极三极管(关于此，请具体参照所述文章的图2和图4)。在“Field-emitter-arraydevelopment for high-frequency operation”中呈现的三极管机构允许实现在千兆赫(GHz)的量级的工作频率，然而由于阴电极与栅电极在有源区域的重叠而导致的残余寄生电容，使得该三极管结构不允许达到在THz波段的频率。
此外，授予本申请人的欧洲专利EP2223325也描述了一种能够降低前述寄生电容的用于Spindt型的冷阴极三极管的创新型外观配置。
特别地，EP2223325描述了特别用于高频率应用的包括多层结构的三极管，其包括：
·阴电极；
·阳电极，与阴电极间隔开；
·栅电极，放置在阳电极与阴电极之间；以及
·至少一个电子发射器尖端。
详细地，在根据EP2223325的三极管中，阴电极、栅电极和阳电极：
·形成在多层结构的不同层中，以在电子发射器尖端处的有源(或三极管)区域中重叠并且与所述电子发射器尖端协作以在所述有源区域中产生电子束；
·不在有源区域之外重叠；并且
·每一个均具有沿着相应线的相应主延伸方向，其中所述相应线位于平行平面上并且分别相对于其他所有相应线以非零的角度倾斜。
第二种类型的真空器件为所谓的电子枪。如已知的，电子枪是产生精确动能的器件并且能够：
·通常用作用于电视或监控器或者其他仪器(诸如例如电子显微镜和粒子加速器)中的阴极射线管部件；并且
·特别地用于制作真空放大器，诸如行波管(TWT)放大器或速调管真空管。
通常，电子枪包括：
·阴极结构；
·聚焦栅，放置于阴极结构周围；
·收集器，与阴极结构间隔开；以及
·阳极结构，插入在阴极结构与收集器之间并且包括孔，该孔完全穿过阳极结构并且在第一端处面向阴极结构并且在第二端处面向收集器。
在使用中，阴极结构产生电子束，聚焦栅将由阴极结构产生的电子束聚焦到阳极结构的孔上，阳极结构由于相对于聚焦栅的巨大电势差而对穿过孔的电子束进一步加速和聚焦，同时收集器接收离开阳极结构的孔的电子流。
调制栅(或栅电极)可便利地集成到电子枪的阴极结构中。以这样的方式，可通过在所述调制栅上施加RF信号直接地调制所发射的电流。发射电流的直接调制已用在热阴极上(见例如，A.J.Lichtenberg,Prebunchedbeam traveling wave tube studies,IRE Trans.Electron Devices,1962,vol.ED-9,第345–351页)，以这样的方式获得在真空管效率和增益方面的优点。特别地，在“Prebunched beam traveling wave tube studies”中，描述了通过使用频率调制的热阴极而使TWT放大器的效率增加了20％至35％的。然而不幸的是，由于阴极与调制栅之间的大距离而使得在这种类型的真空管中调制被限于2GHz的最大值。
替代地，通过使用冷阴极，可超过利用热阴极可获得的2GHz的极限。特别地，在过去已证实使用直接调制的Spindt类型冷阴极(其中，可以2GHz以上的频率调制电子束)来制造电子枪的可能性(见例如，D.R.Whaley,B.M.Gannon,V.O.Heinen,K.E.Kreischer,C.E.Holland和C.A.Spindt,Experimental Demonstration of an Emission-Gated Traveling-WaveTube Amplifier,IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,Vol.30,No.3,2002)。
欧洲专利申请EP2113934A2描述了一种用于图像显示设备的电子源，其中，该电子源包括连接至基板上的扫描线和调制线的矩阵配线的多个电子发射器器件。
特别地，根据EP2113934A2，每个电子发射器器件包括连接至扫描线的阴电极、连接至调制线的栅电极以及多个电子发射器构件。
详细地，根据EP 2 113 934 A2，对于每个电子发射器器件而言：
·阴电极具有第一梳状结构并且被配置为将阴极电势施加至多个电子发射器构件；
·栅电极具有第二梳状结构并且被配置为将栅极电势施加至多个电子发射器构件；
·第一梳状结构配备有多个第一梳齿以及将第一梳齿连接至扫描线的梳柄部分；
·第二梳状结构配备有多个第二梳齿以及将第二梳齿连接至调制线的梳柄部分；以及
·连接电极，电连接至所述第一或第二梳齿。
在EP2113934A2中描述的电子源具有带有多个直角的非常“有角度的”结构。在这点上，可参照例如EP2113934A2的图3和图5A，其中可以注意到：
·阴极的梳齿(在EP2113934A2的图3中由附图标记2a、2b和2c表示)与阴极的梳柄部分(在EP2113934A2的图3中由附图标记2d表示)之间的90°角；
·阴极的梳齿与相应电极(在EP2113934A2的图5A中由附图标记6A、6B、6C和6D表示)之间的90°角；
·阴极的梳柄部分的90°弯曲；
·阴极的梳柄部分与扫描线(在EP2113934A2的图3中由附图标记32表示)之间的90°角；
·栅电极的梳齿(在EP2113934A2的图3中由附图标记5a、5b和5c表示)与栅电极的梳柄部分(在EP2113934A2的图3中由附图标记5d表示)之间的90°角；
·栅电极的梳齿与相应电极(在EP2113934A2的图5A中由附图标记90A、90B、90C和90D表示)之间的90°角；以及
·栅电极的梳柄与调制线(在EP2113934A2的图3中由附图标记33表示)之间的90°角。
前述有角度的结构严重地限制了在EP2113934A2中描述的电子源的工作频率，有力地阻止了达到在THz波段的频率。
发明内容
为了开发用于电子发射冷阴极器件的能够至少部分地减轻已知的电子发射冷阴极器件的缺陷并且特别地增大电子发射冷阴极器件的工作频率的外观配置的目的，本申请人已开展了深入研究。
详细地，本申请人为了开发用于电子发射冷阴极器件的外观配置的目的已经开展了深入研究，该外观配置：
·如果被用于制造电子发射冷阴极三极管，则通过至少部分地降低寄生电容(特别是严重地限制前述Spindt型冷阴极三极管的截止频率的阴电极与控制栅之间的寄生电容)使得能够增大这些器件的工作频率；以及
·如果被用于制造具有冷阴极电子发射器的电子枪，能够增大这些器件的工作频率。
通过本发明实现上述目标，只要它涉及如在所附权利要求中限定的电子发射冷阴极器件。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参照附图(并非按比例绘制)来描述以非限制性实例的方式提供的某些优选实施方式，其中：
·图1示出了以碳纳米管作为电子发射器的已知的Spindt型的冷阴极三极管的示意性截面视图；
·图2示出了根据本发明第一优选实施方式的冷阴极三极管电子发射器的透视图；
·图3示出了图2中的三极管的有源区的透视图；
·图4示出了图2中的三极管的第一特定部分的示意性顶视图；
·图5示出了图2中的三极管的第二特定部分的示意性顶视图；
·图6示出了图5中示出的三极管的第二特定部分的示意性纵向截面视图；
·图7示出了图3中示出的三极管的有源区的一部分的示意性截面视图；
·图8示出了图2中的三极管的示意性纵向截面视图；
·图9示出了图2中的三极管的第三特定部分的示意性顶视图；
·图10示出了根据本发明第二优选实施方式的具有冷阴极电子发射器的电子枪的示意性截面视图。
具体实施方式
给出以下描述以使本领域技术人员能够制作和使用本发明。对所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不背离本发明的保护范围的情况下，本文中的一般原理可应用于其他实施方式和应用。
因此，本发明不旨在限于所示出的实施方式，而是与在本文中公开的和在所附权利要求中限定的原理和特征的最宽范围一致。
总体而言，本发明涉及电子发射冷阴极器件。
特别地，根据本发明的电子发射冷阴极器件包括：
·阴电极，位于阴极平面上并且在器件的有源区中包括阴极指状结构，该阴极指状结构包括一个或多个阴极直指状(straight-finger-shaped)端子，每个阴极直指状端子均具有平行于第一参考方向(其平行于阴极平面)的相应主延伸方向；
·对于每个阴极直指状端子，一个或多个相应的电子发射器形成在所述阴极直指状端子上并且与之欧姆接触；每个电子发射器具有垂直于阴极平面的相应主延伸方向；以及
·栅电极，该栅电极位于平行于所述阴极平面并且与所述阴极平面间隔开栅极平面上，栅电极不与阴电极重叠，并且栅电极在器件的有源区中包括栅极指状结构，栅极指状结构包括两个或更多个栅极直指状端子，每个栅极直指状端子具有平行于第一参考方向(从已描述的来看，该第一参考方向也平行于栅极平面)的相应主延伸方向；所述栅极直指状端子与所述阴极直指状端子交错(优选地与之相互贯穿)并且被设计成在使用中调制由所述电子发射器发射的电子束。
优选地，阴电极还包括阴极导线，阴极导线(直接或间接地)连接至阴极指状结构、具有其中主延伸方向平行于第一参考方向的直带状形状并且相对于阴极的平行于第一参考方向的对称轴线对称。此外，阴极指状结构相对于阴极的所述对称轴线也是对称的。
再次优选地，栅电极还包括栅极导线，栅极导线(直接或间接地)连接至栅极指状结构、具有其中主延伸方向平行于第一参考方向的直带状形状并且相对于栅极的平行于第一参考方向的对称轴线对称。此外，栅极指状结构相对于栅极的所述对称轴线也是对称的。
方便地，对于每个阴极直指状端子，相应的电子发射器相对于所述阴极直指状端子大致位于中间，特别地，电子发射器放置于相对于所述阴极直指状端子为大致中间的位置(如果制造技术的精度允许的话)。
同样方便地，每个阴极直指状端子包含在两个栅极直指状端子之间，并且对于每个阴极直指状端子而言，相应的电子发射器相对于两个相邻的栅极直指状端子大致位于中间。
本发明使得能够增大电子发射冷阴极器件的工作频率。特别地，本发明使得能够制造以THz频率操作的电子发射冷阴极器件。
本发明的第一优选实施方式涉及一种具有冷阴极电子发射器的三极管。
关于此，在图2中(其中，为了便于描述，尺寸并未按比例示出)，示出了根据本发明的所述第一优选实施方式的冷阴极三极管11的透视图。
特别地，冷阴极三极管11包括：
·导电层12(例如由金属制成)，被设计成用作三极管11的接地平面以在阴极和栅极导线上携载高频信号，这将在下文中将详细介绍和描述；
·第一电绝缘基板13，例如通过沉积放置于导电层12上(优选地，在冷阴极三极管11的制造过程中，在第一电绝缘基板13的下表面上形成导电层12)；
·第一凹部13a，形成在第一电绝缘基板13上以在后者上限定两个偏置的顶部表面，即，位于大致平行于接地平面12的两个不同平面上；特别地，所述偏置的顶部表面包括第一顶部表面和第二顶部表面(如刚刚说明的，其大致平行于接地表面12)；第一顶部表面相对于第二顶部表面而言是凹入的或降低的，因此，第二顶部表面相对于所述第一顶部表面而言是凸起的；
·冷阴极14，例如通过沉积形成在第一电绝缘基板13的第一凹部13a的内部，以部分地覆盖第一顶部表面，即第一电绝缘基板13的凹入顶部表面；
·栅电极(或控制栅或调制栅)15，例如通过沉积形成在第一电绝缘基板13的第一凹部13a的外部，以部分地覆盖第二顶部表面，即第一电绝缘基板13的凸起顶部表面；
·第二电绝缘介电基板16，其包括第二凹部16a和第三凹部16b，第二凹部沿着所述第二电绝缘基板16的下表面纵向地且完全地穿过，第三凹部以从所述第二电绝缘基板16的顶部表面并且到达第二凹部16a的方式竖直地穿过所述第二电绝缘基板16的全部；所述第二电绝缘基板16键合到第二电绝缘基板13上，从而第二凹部16a开向第一电绝缘基板13的形成阴电极14和栅电极15的顶部，并且第三凹部16b开向三极管11的有源(或三极管)区11a；通过使用真空键合技术使所述第二电绝缘基板16键合到第一电绝缘基板13上，从而真空存在于第二凹部16a和第三凹部16b的内部(在图2中，出于使描述清楚，第二电绝缘基板16被示出为与第一电绝缘基板13分开)；以及
·阳电极17，例如通过沉积形成在第二电绝缘基板16上以部分地覆盖顶部表面，并且包括封闭第三凹部16b的顶部的阳极端子17a以及连接至所述阳极端子17a的阳极导线17b。
为了详细描述本发明的所述第一优选实施方式，除了图2之外，下文还将参照图3，图3示出了冷阴极三极管11的有源区11的透视图，其中相同的附图标记表示图2中示出的和先前描述的相同元件，并且其中为了便于描述，所示出的尺寸并非按比例绘制。
特别地，如图3所示，阴电极14形成在第一电绝缘基板13的凹入顶部表面的部分上，阴电极14被设计成沿着阳电极17的方向且特别地朝向阳极端子17a发射电子，并且阴电极包括：
·阴极多指结构14a，其形成在有源区11a上并且包括多个阴极直指状端子14b；每个阴极直指状端子14b具有相应的主延伸方向；阴极直指状端子14b的所有相应的主延伸方向平行于相同的第一参考方向z，该第一参考方向z平行于接地平面12并且在下文中为了便于描述将被称为纵向参考方向；
·对于每个阴极直指状端子14b，多个相应电子发射器14c(诸如例如钼微尖端或者碳纳米管(CNT)或纳米线)具有纳米量级的直径并且形成在所述阴极直指状端子14b上并且与之欧姆接触；每个电子发射器14c沿着平行于第二参考方向y的相应主延伸方向从相应阴极直指状端子14b竖直地延伸，第二参考方向y与纵向参考方向z和接地平面12正交并且在下文中为了便于描述将被称为竖直参考方向；
·阴极主干线14d，连接至阴极多指结构14a并且从阴极直指状端子14b横向延伸；所述阴极主干线14d具有其中主延伸方向平行于第三参考方向x的直带状形状，第三参考方向x与纵向参考方向z和竖直参考方向y正交并且平行于接地平面12并且在下文中为了便于描述被称为横向参考方向；以及
·阴极导线14e，连接至阴极主干线14d并且被设计为携载来自有源区11a外部的电力供应和高频信号并且通过阴极主干线14d将其携载到阴极直指状端子14b以驱动电子发射器14c；所述阴极导线14e在相对于阴极直指状端子14b所延伸的一侧相反的一侧上从阴极主干线14d横向延伸；所述阴极导线14e具有其中主延伸方向平行于纵向参考方向z的直带状形状。
换言之，阴电极14具有耙状形状，其中，阴极直指状端子14b为耙齿，阴极主干线14d为所述齿从其延伸的耙的基部，并且阴极导线14e为从所述基部延伸的耙柄。
阴极导线14e可方便地放置在阴极主干线14d的平行于纵向参考方向z的对称轴线上并沿着该对称轴线放置，并且阴极多指结构14a可方便地相对于阴极主干线14d的所述对称轴线对称。
在下文中，为了便于描述，阴极直指状端子14b将被称为阴极指。
根据阴电极14的可替换实施方式(在附图中未示出)，阴极主干线14d可不存在并且阴极指14b可直接从阴极导线14e的一端突出或者更确切的说是延伸。根据阴电极14的该可替换实施方式，阴极多指结构14a可方便地相对于阴极导线14e的平行于纵向参考方向z的对称轴线对称。
此外，总是参照在图3中示出的，栅电极15形成在第一电绝缘基板17a的凸起顶部表面的一部分上，栅电极15被设计为控制和调制在电子发射器14c与阳极端子17a之间的电子流，并且栅电极15包括：
·栅极多指结构15a，其形成在有源区11a上并且包括多个栅极直指状端子15b，所述栅极直指状端子15b与阴极直指状端子14b交错(特别地相互贯穿或者相互交织)，从而使每个阴极直指状端子14b包含在两个栅极直指状端子15b之间；每个栅极直指状端子15b具有平行于纵向参考方向z的相应主延伸方向；
·栅极主干线15c，其连接至栅极多指结构15a并且从栅极直指状端子15b横向延伸；所述栅极主干线15c具有其中主延伸方向平行于横向参考方向x的直带状形状；以及
·栅极导线15d，其连接至栅极主干线15c并且被设计成携载来自有源区11a外部的电力供应和高频信号并且通过栅极主干线15c将其携载到栅极直指状端子15b以驱动它们；所述栅极导线15d在相对于栅极直指状端子15b所延伸的一侧相反的一侧上从栅极主干线15c横向延伸；所述栅极导线15d具有其中主延伸方向平行于纵向参考方向z的直带状形状。
换言之，栅电极15具有耙状形状，其中，栅极直指状端子15b为耙齿，栅极主干新15c为所述齿从其延伸的耙的基部，并且栅极导线15d为沿着相对于阴电极14的延伸方向相反的方向从所述基部延伸的耙柄。
栅极导线15d可方便地放置在栅极主干线15c的平行于纵向参考方向z的对称轴线上并且沿着该对称轴线放置，并且栅极多指结构15c可方便地相对于栅极主干线15c的所述对称轴线对称。
在下文中，为了便于描述，栅极直指状端子15b将被称为栅极指。
根据栅电极15的可替换实施方式(在附图中未示出)，栅极主干线15c可不存在并且栅极指15b可直接从栅极导线15d的一端突出或者更确切地说是延伸。根据栅电极15的该可替换实施方式，栅极多指结构15a可方便地相对于栅极导线15d的平行于纵向参考方向z的对称轴线对称。
重要的是应注意，尽管布置在不同的或更确切地说是偏置的平面上，阴极指14b和栅极指15b相互交错(特别地相互贯穿)，使得阴电极14与栅电极15在三极管11的任何区中均不重叠，具体地，阴极指14b与栅极指15b在有源区11a中交错并且因此不重叠，并且使得阴极导线14e与栅极指15d具有之间形成180°角的相反的相应主延伸方向(如果投影到平行于接地平面的任何参考平面上)。
由于阴电极14与栅电极15不重叠的事实并且特别是在有源区11a中阴极指14b与栅极指15b不重叠的事实，显著地减小了或甚至完全消除了阴电极14与栅电极15之间的寄生电容。
此外，阴电极14与栅电极15的几何形状使得这些电极的制造工艺极其简单并且容易再现。
为了继续详细描述本发明的所述第一优选实施方式，除了图2和图3之外，在下文中还将参照图4，图4中示出了在形成阴极14与栅极15触点之前仅仅第一电绝缘基板13的一部分的示意性顶视图，其中，相同的附图标记表示在图2和图3中示出的和先前描述的相同的元件，并且其中，为了便于描述，所示出的尺寸并非按比例绘制。
特别地，图4部分地示出了：
·第一电绝缘基板13的第一顶部表面(或更确切地说是凹入的顶部表面)，其由第一凹部13a定义并且整体由附图标记13b表示；以及
·第一电绝缘基板13的第二顶部表面(或更确切地说是凸起的顶部表面)，其整体由附图标记13c表示。
详细地，凸起的顶部表面13c包括：
·大致平行于接地平面12的多个第一凸起区域13f，其形成在有源区11a上，并且每一个均具有相应的直指状形状，从而定义多指凸起表面；每个第一凸起区域13f均具有平行于纵向参考方向z的相应主延伸方向；以及
·第二凸起区域13g，其大致平行于接地平面12并且从第一凸起区域13f横向延伸。
多指凸起表面可方便地相对于第二凸起区域13g的平行于纵向参考方向z的对称轴线对称。
此外，凹入的顶部表面13b包括：
·大致平行于接地平面12的多个第一凹入区域13d，其形成在有源区11a上并且每一个均具有相应的直指状形状，以这样的方式定义了多指凹入表面；每个第一凹入区域13d具有平行于纵向参考方向z的相应主延伸方向；尽管位于不同平面上，然而所述第一凹入区域13d与第一凸起区域13f交错(特别地相互贯穿)，从而使每个第一凹入区域13d包含在两个第一凸起区域13f之间；以及
·第二凹入区域13e，其大致平行于接地平面并且从第一凹入区域13d、从第一凸起区域13f以及从第二凸起区域13f横向延伸。
多指凹入表面可方便地相对于第二凹入区域13e的平行于纵向参考方向z的对称轴线对称。
为了继续详细描述本发明的所述第一优选实施方式，除了图2-图4之外，在下文中还将参照图5、图6和图7，其中，相同的附图标记表示图2-图4中示出的和先前描述的相同的元件，并且其中，为了便于描述，所示出的尺寸并非按比例绘制。
特别地，图5和图6分别示出了第一电绝缘基板13的形成阴极14与栅极15触点的部分的示意性顶视图和示意性纵向截面视图，并且图7示出了有源区11a的一部分的示意性截面视图。
详细地，如在图2-图7中所示，阴极多指结构14a形成在有源区11a的多指凹入表面上，并且具体地：
·每个阴极指14b形成在相应第一凹入区域13b的一部分上；
·阴极主干线形成在第二凹入区域13e的第一部分上，从第一凹入区域13d横向延伸，从而所述阴极主干线14d从阴极指14b横向延伸；并且
·阴极导线14e形成在第二凹入区域13e的第二部分上，在相对于第一凹入区域13d所延伸的一侧相反的一侧上从第一部分横向延伸，从而所述阴极导线14e在相对于阴极指14b所延伸的一侧相反的一侧从阴极主干线14d横向延伸。
此外，始终参照图2-图7中所示出的，栅极多指结构15a也形成在有源区11a的多指凸起表面上，并且具体地：
·每个栅极指15b均形成在相应的第一凸起区域13f上，从而使栅极指15b与阴极指14b交错并且每个阴极指14b包含在两个栅极指15b之间；
·栅极主干线15c，形成在第二凸起区域13g的第一部分上，从第一凸起区域13f横向延伸，从而所述栅极主干线15c从栅极指15b横向延伸；并且
·栅极导线形成在第二凸起区域13g的第二部分上，在相对于第一凸起区域13f所延伸的一侧相反的一侧上从第一部分横向延伸，从而所述栅极导线15d在相对于栅极指15b所延伸的一侧相反的一侧上从栅极主干线15c横向延伸。
为了继续详细描述本发明的所述第一优选实施方式，除了图2-图7之外，还将参照图8和图9，其中，相同的附图标记表示图2-图7中示出的和先前描述的相同元件，并且其中，为了便于描述尺寸并非按比例绘制。
特别地，图8示出了三极管11的示意性纵向截面视图，而图9示出了三极管11的中央部分的顶部透视图。
详细地，第二凹部16a(其具有平行于纵向参考方向z的主延伸尺寸)纵向地跨过第二电绝缘基板16的整个下表面，优选地以便将所述下表面分为两个相等且对称的部分，即，以便定义平行于纵向参考方向z的第二电绝缘基板16的所述下表面的对称轴线。
第三凹部16b(其具有平行于竖直参考方向y的主延伸尺寸)以从第二凹部16a开始并且到达所述第二电绝缘基板16的顶部表面的方式竖直地穿过整个第二电绝缘基板16。优选地，第三凹部16b位于并且因此竖直地穿过第二电绝缘基板16的中央区。
使用真空键合技术将第二电绝缘基板16键合到第一电绝缘基板13上，以在中间保持电绝缘。优选地，使用标准的晶圆-晶圆真空键合技术(诸如阳极键合、玻璃介质键合、共晶键合、焊接键合、反应键合或熔接键合)将第二电绝缘基板16键合到第一电绝缘基板13。
具体地，第二电绝缘基板16键合到第一电绝缘基板13上，从而使：
·第二凹部16a，封住阴电极14和栅电极15，从而在阴极导线14e和栅极导线15d之上具有真空，从而使它们能传导高频信号；并且
·第三凹部16b放置在有源区11a处，从而所述有源区11a面向封闭所述第三凹部16b的顶部的阳极端子17a，以使得阳极端子17a能够接收由电子发射器14c发射的电子。
此外，阳电极17包括：
·阳极端子17a(其封闭第三凹部16b的顶部)，被设计成通过第三凹部16b接收由电子发射器14c发射的电子，具有大致为矩形或方形的形状，并且大致平行于接地平面12；以及
·阳极导线17b，连接至阳极端子17a；特别地，通过从阳极端子17a横向延伸并且具有带状形状(其具有平行于横向参考方向x或更确切地说与阴极导线14e和栅极导线15d的主延伸方向的每一个形成(如果所述方向投影到平行于接地平面12的任何参考平面)相应的90°角的主延伸方向)，能够减少各个电极之间的高频信号的可能的耦合。
重要的是应当注意到，阳电极17仅部分地覆盖阴电极14和栅电极15。具体地，阳极端子17a放置在阴极指14b、栅极指15b、阴极主干线14d和栅极主干线15c之上并且仅部分地覆盖阴极导线14e和栅极导线15d，而阳极导线17b不与阴电极14或栅电极15重叠。
由于阳电极17与阴电极14和栅电极15仅部分重叠的事实，同样显著地降低了阳电极17与阴电极14和栅电极15之间的寄生电容。
此外，阳电极17的几何形状使得该电极的制造工艺极其简单并且容易再现。
关于到目前为止所描述的三极管11的尺寸，所述三极管11可方便地具有以下说明的尺寸。
特别地，第一电绝缘基板13可方便地在水平面(即平行于接地平面12)上具有大致矩形或方形的形状(其具有几毫米量级的横向尺寸)。优选地，所述第一电绝缘基板13可具有平行于纵向参考方向z的等于或大于4mm的长度。此外，所述第一电绝缘基板13可方便地具有在200μm与1mm之间的厚度(平行于竖直参考方向y)，优选地，为了使三极管11以THz频率操作，该厚度介于200μm与500μm之间。
第一电绝缘基板13的凹入顶部表面13b与凸起顶部表面13c之间的偏置或更确切地说是竖直距离(即，平行于竖直参考方向y)可方便地介于0.5μm与几十微米之间，特别地介于0.5μm与15μm之间。优选地，为了使三极管11以THz频率操作，所述偏置应介于0.5μm与5μm之间。
阴电极14和栅电极15的厚度(平行于竖直参考方向y)可介于50nm与300nm之间。优选地，为了使三极管11以THz频率操作，阴电极14和栅电极15的所述厚度可介于50nm与100nm之间。
根据所采用的制造技术(光学或e波束光刻)，阴极指14b和栅极指15b可具有平行于横向参考方向x的介于几百纳米的最小值与几微米的最大值之间的宽度。优选地，阴极指14b和栅极指15b的所述宽度可介于0.1μm与20μm之间。为了使三极管11以THz频率操作，阴极指14b和栅极指15b的宽度可方便地介于0.1μm与1μm之间。
每个阴极指14b可方便地与之间包含所述阴极指14b的对应的第一凸起区域13f(即，与直接邻近所述阴极指14b的对应栅极指15b)横向地(或更确切地说是，平行于横向参考方向x)间隔开介于0.3μm与20μm之间的距离，为了使三极管11以THz频率操作，优选地，该距离介于0.3μm与3μm之间。
阴极指14b和栅极指15b的数量可方便地介于几个单位的最小值与几十个的最大值之间。
阴极导线14e和栅极导线15d可方便地具有平行于横向参考方向x的介于20μm与1020μm之间的宽度，优选地，为了使三极管11以THz频率操作，该宽度介于20μm与100μm之间，从而能够外部地通过配线连接三极管11。
有源区11a可方便地具有平行于纵向参考方向z的介于20μm与500μm之间的长度，优选地，为了使三极管11以THz频率操作，该长度介于20μm与100μm之间。
电子发射器14c可方便地具有平行于竖直参考方向y的基本与阴极指14b与栅极指15b之间的电介质的高度相等的高度，以尽可能地优化三极管11的跨导性。
第二电绝缘基板16在水平面(即平行于接地平面12)上可方便地具有大致为矩形或方形的形状，所述第二电绝缘基板16具有基本与第一电绝缘基板13的横向尺寸相等的横向尺寸。此外，所述第二电绝缘基板16的厚度(平行于竖直参考方向y)可方便地为几百微米的量级，以便能够使用并不太高的提取电压。优选地，所述第二电绝缘基板16的厚度可介于100μm与500μm之间。为了使三极管11以THz频率操作，所述第二电绝缘基板16的厚度可方便地介于100μm与300μm之间。
第三凹部16b在水平面(即平行于接地平面12)上可方便地具有大致为矩形或方形的形状，其横向尺寸具有介于几百微米的最小值与几毫米的最大值之间的相应值。优选地，第三凹部16b可具有平行于纵向参考方向z的介于0.5mm与2mm之间的长度。为了使三极管11以THz频率操作，第三凹部16b可方便地具有平行于纵向参考方向z的介于0.3mm与1.5mm之间的长度。
阴极端子17a在水平面(即平行于接地平面12)上可方便地具有大致为矩形或方形的形状，其横向尺寸具有介于0.5mm的最小值与几毫米的最大值之间的相应值。
以下表格在所述第一电绝缘基板13具有等于4的相对电容率(或相对介电常数)εr并且所述阴极导线14e和栅极导线15d具有等于300nm的厚度T(平行于竖直参考方向y)的假设下，简要地列出了对应于所述阴极导线14和栅极导线15d的不同宽度W(平行于横向参考方向x)以及对应于第一电绝缘基板13的不同厚度H(平行于竖直参考方向y)的阴极导线14e和栅极导线15d的特征阻抗Z0和传播损耗α的值。
表格
W(μm) H(μm) T(nm) Z0(Ω) εr α(dB/mm)
612 300 300 50 4 4.2·10-3
1020 500 300 50 4 5.6·10-3
20 500 300 194 4 3.5·10-2
第一电绝缘基板13和第二电绝缘基板16可方便地使用成耐热玻璃、或熔融硅或浮法玻璃或石英形式的初始基板来制作。
本发明的第一优选实施方式的优点可通过前述说明直接认识到。
特别地，重要的是再次强调以下事实：阴电极14和栅电极15在三极管11的任何区中都不重叠，并且更具体地，阴极指14b和栅极指15b在有源区11a中是交错的并且因此不重叠。三极管11的该特征使得能够显著降低或甚至完全消除阴电极14与栅电极15之间的寄生电容并且将三极管11的工作频率波段真正地扩展到THz范围。
此外，与例如在EP2113934A2中描述的电子源的成角度的结构(如前所述，其严重地限制所述电子源的工作频率)不同，阴电极14和栅电极15的几何形状(特别地由于阴极直指状端子14b、栅极直指状端子15b、直阴极导线14e和直栅极导线15d)使得能够将三极管11的工作频率波段真正地扩展到THz范围。
此外，由于阳电极17与阴电极14和栅电极15仅部分地重叠(特别地，阳极端子17a仅与阴极指14b、栅极指15b、阳极主干线14d和栅极主干线15c完全重叠而与阳极导线14e和栅极导线15d仅部分地重叠)，因此还显著地降低了阳电极17与阴电极14和栅电极15之间的寄生电容。
另一方面，由于阴极导线14e和栅极导线15d具有之间形成180o角的相应主延伸方向(如果投影在平行于接地平面12的任何参考平面上)的事实以及阳极导线17b具有与阴极导线14e和栅极导线15d的主延伸方向的每一个均形成相应90°角的主延伸方向(如果所述方向投影到平行于接地平面12的任何参考平面上)的事实，还获得了在各个电极之间的高频信号的任何耦合的减少。
最后，阴电极14、栅电极15和阳电极17的几何形状使得这些电极的制造工艺极其简单并且容易再现。
本发明的第二优选实施方式涉及具有冷阴极电子发射器的电子枪。
关于此，图10(其中，为了便于描述所示出的尺寸并非按比例绘制)示出了根据本发明的所述第二优选实施方式的冷阴极电子枪21的示意性截面视图。
特别地，冷阴极电子枪21包括：
·有源部分22，被设计成发射调制的电子束；
·阳极结构23，与有源部分22间隔开并且包括孔23a，该孔完全地穿过阳极结构23并且在第一端处面向有源部分22且在第二端处面向收集器(为了便于描述，未在图10中示出)；以及
·聚焦栅24，其围绕有源部分22来放置并且被设计成将由有源部分22发射的调制电子束朝向阳极结构23的孔23a的第一端聚焦。
详细地，阳极结构23被设计成利用相对于聚焦栅24的巨大电势差V0将穿过孔23a的电子束进一步加速和聚焦，并且收集器被设计成接收从阳极结构23的孔23a的第二端出射的电子流。
更详细地，尽管为了便于描述而在图10中非常示意性地示出，然而有源部分22包括：
·前述导电层12；
·前述第一电绝缘基板13；
·前述阴电极14；以及
·前述栅电极(或控制栅或调制栅)15。
如前所述，阳电极14包括被设计成经由电子发射器14c发射电子的阴极多指结构14a，并且栅电极15包括栅极多指结构15a，该栅极多指结构15a被设计成调制由电子发射器14c发射的电子束、相对阴极多指结构14a偏置(阴电极14与栅电极15实际上位于不同的平面上)并且与所述阴极多指结构14a交错。
由于阴极多指结构14a和栅极多指结构15a在电子枪21中的使用，可通过在栅电极15上施加RF信号来直接地调制所发射的电流。
特别地，阴极多指结构14a和栅极多指结构15a的使用确保电子枪21能在THz频率下操作，由此克服了已知的冷阴极电子枪(诸如例如在“Experimental Demonstration of an Emission-Gated Traveling-Wave TubeAmplifier”中记载的冷阴极电子枪)的工作频率限制。
电子枪21可被有效地用于制造在THz频率下操作的真空放大器，诸如例如TWT和Klystron放大器。
然而，希望强调的事实是，冷阴极电子枪21具有已在前文中描述的三极管11的相同的技术优点。
最后，显然的是，在不背离在所附权利要求中限定的本发明的保护范围的情况下，可对本发明施加各种修改。

Claims (15)

1.一种电子发射冷阴极器件(11,21)，包括阴电极(14)，所述阴电极(14)位于阴极平面上并且在有源区(11a)中包括阴极指状结构(14a)，所述阴极指状结构(14a)包括一个或多个阴极直指状端子(14b)，每个所述阴极直指状端子(14b)具有平行于第一参考方向(z)的相应主延伸方向；
所述器件(11,21)进一步包括针对每个阴极直指状端子(14b)的一个或多个相应电子发射器(14c)，所述电子发射器(14c)形成在所述阴极直指状端子(14b)上并且与所述阴极直指状端子(14b)欧姆接触；其中，每个电子发射器(14c)具有垂直于所述阴极平面的相应主延伸方向；
所述器件(11,21)进一步包括栅电极(15)，所述栅电极(15)位于平行于所述阴极平面并且与所述阴极平面间隔开的栅极平面上，所述栅电极(15)不与所述阴电极(14)重叠并且在所述有源区(11a)中包括栅极指状结构(15a)，所述栅极指状结构(15a)包括两个或更多个栅极直指状端子(15b)，每个所述栅极直指状端子(15b)具有平行于所述第一参考方向(z)的相应主延伸方向；其中，所述栅极直指状端子(15b)与所述阴极直指状端子(14b)交错并且被设计为在使用中调制由所述电子发射器(14c)发射的电子束。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述阴电极(14)进一步包括阴极导线(14e)，所述阴极导线(14e)连接至所述阴极指状结构(14a)、具有主延伸方向平行于所述第一参考方向(z)的直带状形状并且相对于所述阴极的平行于所述第一参考方向(z)的对称轴线是对称的；
其中，所述阴极指状结构(14a)相对于所述阴极的所述对称轴线是对称的；
其中，所述栅电极(15)进一步包括栅极导线(15d)，所述栅极导线(15d)连接至所述栅极指状结构(15a)、具有主延伸方向平行于所述第一参考方向(z)的直带状形状并且相对于所述栅极的平行于所述第一参考方向(z)的对称轴线是对称的；
并且其中，所述栅极指状结构(15a)相对于所述栅极的所述对称轴线是对称的。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述阴电极(14)进一步包括阴极主干线(14d)，所述阴极主干线(14d)：
·具有主延伸方向平行于第二参考方向(x)的直带状形状，所述第二参考方向(x)与所述第一参考方向(z)正交；
·相对于所述阴极的所述对称轴线是对称的；并且
·被插入在所述阴极指状结构(14a)与所述阴极导线(14e)之间，从而将所述阴极导线(14e)连接至所述阴极指状结构(14a)；
并且其中，所述栅电极(15)进一步包括栅极主干线(15c)，所述栅极主干线(15c)：
·具有主延伸方向平行于所述第二参考方向(x)的直带状形状；
·相对于所述栅极的所述对称轴线是对称的；并且
·被插入在所述栅极指状结构(15a)与所述栅极导线(15d)之间，从而将所述栅极导线(15d)连接至所述栅极指状结构(15a)。
4.根据权利要求3所述的器件，其中：
·所述阴极指状结构(14a)从所述阴极主干线(14d)横向延伸；
·所述阴极导线(14e)在相对于所述阴极指状结构(14a)所延伸的一侧相反的一侧上从所述阴极主干线(14d)横向延伸；
·所述栅极指状结构(15a)从所述栅极主干线(15c)横向延伸；并且
·所述栅极导线(15d)在相对于所述栅极指状结构(15a)所延伸的一侧相反的一侧上从所述栅极主干线(15c)横向延伸。
5.根据权利要求2所述的器件，其中：
·所述阴极指状结构(14a)直接从所述阴极导线延伸，从而直接连接至所述阴极导线；并且
·所述栅极指状结构(15a)直接从所述栅极导线延伸，从而直接连接至所述栅极导线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的器件，其中，对于每个阴极直指状端子(14b)，所述相应电子发射器(14c)相对于所述阴极直指状端子(14b)位于中间。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，每个阴极直指状端子(14b)包含在两个栅极直指状端子(15b)之间；并且其中，对于每个阴极直指状端子(14b)，所述相应电子发射器(14c)相对于两个相邻的所述栅极直指状端子(15b)也位于中间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的器件，进一步包括：
·导电层(12)，被设计为作为所述器件(11,21)的接地平面来操作；所述阴极平面和所述栅极平面平行于所述接地平面(12)；并且
·第一电绝缘基板(13)，布置在所述导电层(12)上；所述阴电极和所述栅电极(14)(15)形成在所述第一电绝缘基板(13)上。
9.根据权利要求8所述的器件，其中，所述第一电绝缘基板(13)包括两个偏置的顶部表面(13b,13c)，所述两个偏置的顶部表面(13b,13c)平行于所述接地平面(12)并且包括第一顶部表面(13b)和第二顶部表面(13c)；其中，所述第一顶部表面(13b)相对于所述第二顶部表面(13c)较低；
其中，所述阴电极(14)形成在所述第一电绝缘基板(13)上，从而部分地覆盖所述第一电绝缘基板(13)的所述第一顶部表面(13b)；
并且其中，所述栅电极(15)形成在所述第一电绝缘基板(13)上，从而部分地覆盖所述第一电绝缘基板(13)的所述第二顶部表面(13c)。
10.根据权利要求9所述的器件，其中，所述第一电绝缘基板(13)的所述第一顶部表面(13b)包括一个或多个凹入区域(13d)，所述一个或多个凹入区域(13d)形成在所述有源区(11a)上并且各自具有相应的主延伸方向平行于所述第一参考方向(z)的相应直指状形状；
其中，每个阴极直指状端子(14b)形成在相应的凹入区域(13d)上；
其中，所述第一电绝缘基板(13)的所述第二顶部表面(13c)包括两个或更多个凸起区域(13f)，所述两个或更多个凸起区域(13f)形成在所述有源区(11a)处并且各自具有相应的主延伸方向平行于所述第一参考方向(z)的相应直指状形状；
其中，所述凸起区域(13f)与所述凹入区域(13d)交错；
并且其中，所述栅极直指状端子(15b)以使得它们与所述阴极直指状端子(14b)交错的方式各自形成在相应的第一凸起区域(13f)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的器件，进一步包括：
·阳电极(17)，所述阳电极
-位于阳极平面上，所述阳极平面平行于所述阴极平面和所述栅极平面并且与所述阴极平面和所述栅极平面间隔开，
-被布置成使得所述栅电极(15)被插入在所述阴电极(14)与所述阳电极(17)之间，并且
-包括阳极端子(17a)，所述阳极端子(17a)放置在所述有源区(11a)上并且面向所述有源区(11a)，从而在使用中接收由所述电子发射器(14c)发射的并且由所述栅极直指状端子(15b)调制的电子束，
从而使所述器件(11)被配置为操作为三极管。
12.根据权利要求11所述的器件，进一步包括：
·导电层(12)，被设计为作为所述器件(11,21)的接地平面来操作；所述阴极平面、所述栅极平面和所述阳极平面平行于所述接地平面(12)；
·第一电绝缘基板(13)，布置在所述导电层(12)上；所述阴电极(14)和所述栅电极(15)形成在所述第一电绝缘基板(13)上；以及
·第二电绝缘基板(16)，包括形成在所述第二电绝缘基板(16)的下表面上的第一凹部(16a)；所述第一凹部(16a)具有平行于所述第一参考方向(z)的主延伸方向；所述第二电绝缘基板进一步包括第二凹部(16b)，所述第二凹部(16b)以从所述第二电绝缘基板(16)的顶部表面开始并且到达所述第一凹部(16a)的形式穿过所述第二电绝缘基板(16)，并且所述第二凹部具有与所述接地平面(12)正交的主延伸方向；所述第二电绝缘基板(16)被接合到所述第一电绝缘基板(13)上，从而使所述第一凹部(16a)向所述第一电绝缘基板(13)的形成所述阴电极(14)和所述栅电极(15)的顶部开口，并且使所述第二凹部(16b)向所述有源区(11a)开口；
其中，所述阳电极(17)形成在所述第二电绝缘基板(16)上，从而部分地覆盖所述第二电绝缘基板(16)的所述顶部表面；
并且其中，所述阴极端子(17a)封闭所述第二凹部(16b)的顶部。
13.根据权利要求11或12所述的器件，其中，所述阳电极(17)进一步包括阳极导线(17b)，所述阳极导线(17b)：
·连接至所述阳极端子(17a)；
·从所述阳极端子(17a)横向延伸；并且
·具有主延伸方向平行于第二参考方向(x)的直带状形状，所述第二参考方向(x)与所述第一参考方向(z)正交。
14.根据权利要求1-10中任一项所述的器件，进一步包括：
·阳极结构(23)，所述阳极结构(23)
-与所述阴电极(14)和所述栅电极(15)间隔开，
-被布置成使所述栅电极(15)插入在所述阴电极(14)与所述阳极结构(23)之间，
-包括孔(23a)，所述孔(23a)完全穿过所述阳极结构(23)，并在第一端处面向所述有源区(11a)，以在使用中接收由所述电子发射器(14c)发射的并由所述栅极直指状端子(15b)调制的电子束，并且
-被设计为在使用中加速和聚焦穿过所述孔(23a)的电子束，
从而所述器件(21)被配置为操作为电子枪。
15.根据权利要求14所述的器件，进一步包括：
·聚焦栅(24)，被设计为在使用中将由所述电子发射器(14c)发射的并由所述栅极直指状端子(15b)调制的电子束朝向所述阳极结构(23)的所述孔(23a)的所述第一端聚焦；以及
·收集器，面向所述阳极结构(23)的所述孔(23a)的第二端，以在使用中接收从所述阳极结构(23)的所述孔(23a)的所述第二端出射的电子束。
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