CN1334582A - 自对准电子源装置 - Google Patents

Abstract

包括用于电子发射装置的新结构和新材料的自对准电子源装置10可用于高级存储系统。装置10包括由介质层(11,15,19)分开的发射电极13、引出电极17和聚焦电极21。通过单个光刻步骤和蚀刻处理形成贯穿各电极和介质层并且在发射电极13终止的单个空腔23。在空腔23中形成包括设置在发射电极13上的基座3和设置在基座3上并且在顶点V处终止的锥形尖头5的复合发射体1。基座3可由包括钛、铬或掺杂硅的材料制成。尖头5可由包括耐熔金属、金属合金、硅合金、碳化物、氮化物或可电铸成形金属的各种材料制成。空腔23与复合发射体1互为基准地自对准。介质层可后移蚀刻以减小或消除在介质层的面向空腔的部分(43,45)上的电荷积累。

Description

自对准电子源装置

发明背景

本发明一般涉及使用电子源装置产生电子束。更具体地说，本发明涉及用于自对准电子源装置的新结构和新材料，所述电子源装置从被包括由介质层分开的分离和聚焦电极的空腔共轴围绕的复合发射体产生电子束。

这里提出的文章和出版物提供其中所包含的信息：不承认任何这些信息为法定的“先有技术”并且我们保留建立关于任何这类信息的在先发明人资格(priorinventorship)的权利。

背景技术

在本领域中众所周知，使用Spindt发射体阵列作为平板显示器中的电子源。例如，Spindt型发射体是一种用于场致发射显示器(FED)中的发射体。与FED类似的技术是用作电视机和计算机监视器中显示器的阴极射线管(CRT)。FED是一种含有电子场致发射体的装置。一般，在FED中，发射电极具有形成于其上的多个Spindt发射体。Spindt发射体是其基座连接到发射电极、并且其顶点有尖头(针状尖端)的锥形阴极。在尖头附近设置其中有圆孔的引出电极并且在该引出电极上施加相对于发射电极的偏置电压，以便从所述尖头诱发电子发射。本质上，当在引出电极与Spindt发射体的尖头之间加上足够的电压差时，电子量子机械地穿过势垒从尖头射出。发射的电子向着与Spindt发射体的尖头隔开大约100μm至200μm的加有正偏压的阳极加速。使用涂敷了诸如氧化锡铟的导电材料的玻璃衬底作为FED的阳极是常见的。在发射电极与引出电极之间的电位差可以是大约10V到150V，而在发射电极与阳极之间的电位差可以是大约几百伏到几千伏。适合于制造上述的电子场致发射体的各种方法在本领域中是众所周知的。举例来说，在1976年12月出版在《应用物理》期刊(Joumal of Applied Physics)第47卷第12期上、由Spindt etal发表的题为“带有钼锥的薄膜场致发射阴极的物理特性”的文章中公开了一种方法的一般讨论。另外，在1991年日本Nagahama举办的国际真空微电子年会的技术摘要之四第26页中出版的、由Betsui发表的“硅场致发射体阵列的制造和特性”中公开了制造电子场致发射体的另一方法。

尽管Spindt型场致发射体(下文称场致发射体)已经用于诸如平板显示器的一些技术中，但是当用于诸如高密度存储技术的其他技术时，对于场致发射体的传统实现有几个不利之处。

在典型的FED中，显示器中每个像素由连接到公共发射电极的各个场致发射体的阵列服务，后者通常是非常大的一组。每个像素包括可响应入射在该像素上的电子束而发出可见光的荧光体涂层。来自单个发射体的电子束将在像素的方向上发散(扩展)。但是，像素的面积大于来自单个发射体的电子束的宽度。因此，需要发射体阵列以从便像素产生足够强度的光。而且，发射体阵列保证发射体冗余以防一个或一个以上的场致发射体无法工作。另一方面，高密度存储技术需要能把数据存储在存储媒介的小的、极小尺寸的区域以及从该区域检索数据的窄聚焦的电子束。因而，用于FED的散粒(shotgun)(宽束)方法在高密度存储应用中是不可取的。可在以下已颁发的美国专利5447596中发现对场致发射体及其在高密度存储装置中的使用的一般讨论。

静电聚焦电子束是本领域中众所周知的技术。例如，可以用负偏置聚焦电极来使电子束向着射束轴静电偏转。得到会聚成更窄射束的电子束。静电聚焦的另一实例是使用共轴地环绕电子束走过的路径的介质层。电子束的自然发散使电子束打在介质层上由此在介质层中产生负静电荷。最终，产生的电荷达到发射电极的电位。因此，静电荷导致电子束的宽度向内朝着射束轴线收缩。最后，用于聚焦电子束的另一方法包括使用位于发射体阵列的相对侧的聚焦隆起线。隆起线被偏置到接近或等于发射体电压的电位。隆起线对来自阵列的电子束的轨迹产生静电影响，使得目标像素中的荧光体基本上被所有发射的电子撞击。在以下已颁发的美国专利5070282、5235244和5528103中可以发现在FED中准直电子束的一般讨论。以上提到的聚焦技术用来充分地缩窄电子束、使得它以足以产生所需强度的光的电子束宽度打在目标像素上。尽管那些聚焦技术将电子束变窄了，但电子束对于用在高密度存储应用中仍然太宽。而且，在聚焦元件和发射体的射束轴之间的不对准将导致电子束的一些偏斜，但是这种偏斜不会使FED的适当操作失效。另一方面，在高密度存储装置中希望具有能准确地指向存储媒介的非常狭窄和精确对准的电子束。

本领域中还知道：通过使用微电子制造技术以在场致发射体上形成非常尖锐的尖头和/或通过对整个场致发射体或仅对场致发射体的尖头使用低逸出功材料，减小从发射体的尖头产生电子发射所需的电位。根据应用，用于场致发射体的材料的逸出功可在从大约0.3eV到大约6.0eV的范围。例如，通过使用诸如各种类型的碳涂层的材料可获得在1.0eV以下的逸出功。可以在下列公开的美国专利5702281中发现对FED场致发射体材料及其逸出功的一般讨论。因为FED可以用于便携显示器应用场合，所以希望通过使用低逸出功材料来减少电极间偏置电压以减少功耗。但是，低逸出功材料的不利之处是用于制造显示器的微电子制造工艺可能使发射体材料的逸出功变化。通常，逸出功从其已知值增加到更高值。因此，逸出功可能从发射体到发射体不等，导致FED的各发射体中电子束电流不同。

因此，需要下述电子源装置：适合于发射单一、窄聚焦的电子束；包括具有统一的锥形和非常尖锐的尖头的发射体结构；具有由逸出功不会在装置的微电子制造过程中变化的材料的组合制成的发射体；以及具有与装置的电极自对准的发射体。

发明概述

本发明是对电子源装置的设计的改进。具体来讲，本发明包括对用于电子源装置的发射体的材料和结构的改进。

上述与聚焦电子束相关的不利之处通过提供与发射体的顶点自对准的空腔、使得装置的电极与发射体的射束轴同轴地对准来解决。与发射体的不稳定逸出功相关的问题通过使用新的材料组合从而得到稳定逸出功来解决。对于发射体的统一锥形和尖头通过使用材料合成以形成发射体来解决。

概括地说，本发明包括在用于产生电子束的自对准电子源装置中。所述装置包括其上形成有发射电极的第一介质层。在发射电极上形成第二介质层，随后在第二介质层上形成引出电极。接着，在引出电极上形成第三介质层，随后在第三介质层上形成聚焦电极。通过单一的光刻步骤随后单一的蚀刻步骤来形成空腔。空腔贯穿聚焦电极、第三介质层、引出电极和第二介质层。空腔在发射电极处终止。最终，在发射电极上形成复合发射体。复合发射体包括形成于发射电极上的基座和形成于基座上的基本为圆锥形的尖头。尖头在顶点终止而形成尖锐的点。空腔设置成关于复合发射体对称并且与尖头的顶点同轴地对准，使得空腔以经过尖头的顶点的射束轴为中心且空腔与复合发射体互为基准基本上自对准，产生关于复合发射体的射束轴对称的静电透镜组件(包括引出和聚焦电极)。

通过在装置的电极间加上特定用途的偏置电压，可以由引出电极把位于尖头顶点附近的电子引出并且由聚焦电极会聚成更小的电子束。该电子束可用来把数据写入包括超高密度存储装置的先进的数据存储系统和从其读出数据。

在以下将要详细描述的本发明的实施例中，可用包括耐熔金属、金属合金、硅合金、可电铸成型金属、碳化物或氮化物的各种导电材料制成复合发射体的尖头。

在本发明的一个实施例中，在衬底上形成第一介质层。

在本发明的另一个实施例中，可用包括形成于粘附层上面的细粒非晶形敷层的导电合成材料制成电极中的任何一个。

在本发明的一个实施例中，发射电极是由重掺杂半导体材料制成的。

在本发明的另一个实施例中，复合发射体的基座是由钛、铬或掺杂硅制成的。

在本发明的一个实施例中，第二和第三介质层中任何一个包括蚀刻终止介质层和在蚀刻终止介质上形成的后移介质层。后移介质层包括用来减少在介质层面对空腔的部分上的电荷积累的后移(pull-back)表面轮廓。

在本发明的另一个实施例中，尖头由可电铸成形的金属制成使得尖头的顶点形成原子级尖头。

本发明的其他方面和优点将从结合附图、以举例的方式说明本发明原理的以下详细描述中变得清楚。

附图简介

图1是按照本发明的自对准电子发射装置的横剖视图。

图2是说明按照本发明的相对于所述引出电极的上表面和下表面的顶点的位置的横剖视图。

图3是说明按照本发明的电铸成型的原子级尖锐顶点的横剖视图。

图4是说明按照本发明、在朝着聚焦电极方向上具有反斜面的空腔的装置的横剖视图。

图5和图6是说明按照本发明、具有后移表面轮廓的介质层的横剖视图。

图7是说明按照本发明的具有蚀刻终止介质层和后移介质层的第二和第三介质层的横剖视图。

图8是说明蚀刻到图7的介质层中的后移表面轮廓的横剖视图。

图9是说明按照本发明由导电复合材料制成的电极的横剖视图。

图10是说明按照本发明的相对于聚焦电极处的空腔直径的复合发射体高度与第二介质层高度之间的关系的横剖视图。

图11是按照本发明在电气上配置成可逐一地或成组地启动的自对准电子发射装置的阵列的俯视平面图。

图12是说明用于按照本发明的尖头的金属合金和硅合金的表。

详细描述

在以下详细描述和附图的几幅图中，相似的元件以类似的标号来标识。

如附图中所示，为了说明，本发明包括在自对准电子源装置中，所述装置包括：其上形成有发射电极的第一介质层；在发射电极上形成的第二介质层；在第二介质层上形成的引出电极；在引出电极上形成的第三介质层；以及在第三介质层上形成的聚焦电极。在所述装置中形成贯穿聚焦电极、第三介质层、引出电极和第二介质层的空腔且空腔在发射电极处终止。在空腔中形成复合发射体且复合发射体包括形成于发射电极上的基座和形成于基座上且在顶点终止的、基本上圆锥形的尖头。空腔以复合发射体为中心且空腔与经过顶点的射束轴共轴对准，使得复合发射体与空腔大体上相互自对准。引出电极和聚焦电极形成静电透镜组件，后者适用于从复合发射体的尖头引出电子并且把电子聚焦成沿着复合发射体的射束轴的窄射束。

通过单个光刻步骤和单个干刻蚀步骤形成空腔，从而消除可能增加制造复杂性、成本、还可能引入降低产量的缺陷或污染的多个制作布线图案和蚀刻的步骤。另外，随后用于复合发射体的基座和尖头的材料的淀积导致空腔与发射体之间的自对准。

复合发射体，尤其是尖头，可由所选材料来制造以产生不会在装置的制造过程中改变的稳定逸出功。另外，基座和尖头可由不同材料制成，可选择这些材料以产生在其顶点具有尖锐的尖端的光滑锥形尖头。

在图1中，自对准电子源装置10包括第一介质层11。在第一介质层11上形成导电的发射电极13。在发射电极13上形成第二介质层15。在第二介质层15上形成引出电极17。在引出电极17上形成第三介质层19。在第三介质层19上形成聚焦电极21。通过蚀刻贯穿除发射电极13之外的所有上述电极和介质层来形成空腔23，使得空腔23在发射电极13处终止。在形成空腔23之后，在空腔23中形成复合发射体1。复合发射体1包括形成于发射电极13上的基座3和形成于基座3上的基本上锥形的尖头5。尖头5在顶点V终止。最好是，尖头5在顶点V处有一个尖锐的尖端。在顶点V处的尖锐尖端增大了在顶点V处的场强，由此增强了从尖头5的电子发射。

空腔23对称地环绕复合发射体1(即空腔23以复合发射体1为中心)，如箭头S₁和S₂所示，并且与通过顶点V的射束轴B(如虚线所示)同轴对准，使得空腔23与复合发射体1相互之间基本上自对准。空腔23可具有基本上垂直的侧壁面47使得空腔23大体上具有圆柱形。

可以把自对准电子源装置10装在部分真空的箱内(未示出)，使得空腔23处于部分真空状态下。一般，空腔23处在至少10^-5torr(乇)或更小气压的部分真空状态下。

空腔23与复合发射体1之间的自对准关系的好处是由引出电极17从顶点V引出的电子(未示出)被聚焦电极21聚焦成基本上沿着射束轴B的会聚电子束(未示出)。实质上，聚焦电极21使电子束的横截面宽度变窄。这些电子可打在处于对着聚焦电极的位置的存储媒体(未示出)上的预定目标位置。例如，电子束可用来在存储媒体上存储及访问信息。在尖头5的顶点V与存储媒体之间的距离以及在目标位置的电子束宽度将是专用的。

可通过单个光刻步骤和单个干刻蚀步骤来形成空腔23。例如，可用半导体工业中传统的反应离子蚀刻(RIE)工艺来形成空腔23。

在本发明的一个实施例中，可在衬底25上形成第一介质层11。衬底25可为半导体衬底。例如，衬底25可为硅。使用半导体作为衬底25的好处是可以在衬底25中形成用于对复合发射体1寻址的有源电路。其他适用于衬底25的材料包括玻璃和石英。

在本发明的另一个实施例中，如图2中所示，尖头5的顶点V位于引出电极17的上表面31和下表面33(都以虚线表示)之间的中间位置。尽管顶点V可位于上表面31之上或下表面33之下，但是，在最佳实施例中，从尖头5最有效地抽取电子是由于把顶点V定位在引出电极17的上表面31和下表面33之间的中间位置。

复合发射体1的基座3不必具有如图1中所示的大体上圆柱形。基座3可具有如图2所示的弓形或锥形。基座3的实际形状取决于为基座3所选的材料以及用以形成基座3的淀积过程。

可用本领域中众所周知的传统半导体集成电路制造工艺来制造装置10。例如，可用传统光刻和蚀刻技术来形成空腔23。可用例如RIE来蚀刻空腔23。可用传统的薄膜淀积技术来形成介质层和电极。可利用蒸发技术来淀积基座3和尖头5以形成复合发射体1。

用于复合发射体1的基座3的材料包括钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)以及电阻性材料如掺杂硅(Si)。

在本发明的一个实施例中，可用耐熔金属制造复合发射体1的尖头5。用于尖头5的耐熔金属包括但不限于下面表1中所示的那些。

用于尖头5的耐熔金属
	钼(Mo)
铌(Nb)
	铪(Hf)
锆(Zr)

钽(Ta)
	钨(W)
钒(V)

                   表1

在本发明的另一个实施例中，可用金属合金或硅合金制成复合发射体1的尖头5。用于尖头5的合金包括但不限于下面表2中所列出的合金。

用于尖头5的金属合金和硅合金
	钛钼(TiMo)
钛铌(TiNb)
	钛铪(TiHf)
钛锆(TiZr)
	钼铌(MoNb)
钼铪(MoHf)
	钼锆(MoZr)
钛钨(TiW)
	钨铬(WCr)
硅钛(SiTi)
	硅钨(SiW)

                   表2

图12说明用于尖头5的合金的矩阵并且包括表2的金属合金和硅合金。在图12中，适用于尖头5的合金由在行与列的交叉点的记号√指明。在图12中，列号从左至右增加如箭头C所示，行号从上至下增加如箭头R所示。例如，在第10行的硅(Si)可与第5列中的锆(Zr)结合以形成用于尖头5的硅锆(SiZr)合金。类似地，在第7行的钨(W)可与第8列中的铬(Cr)结合以形成钨铬(WCr)合金。如可从图12中看出的，用于尖头5的金属合金包括在上面表1中列出的耐熔金属。因此，可用图12中列出的任何两种不同材料(硅(Si)除外)制成金属合金。而且，可用图12中列出的任何两种不同材料制成硅合金。

用于由图12的合金形成尖头5的一种方法是采用共同蒸发工艺。例如，为形成如在第10行第1列的√指明的硅钛(SiTi)合金，可同时蒸发硅(Si)源和钛(Ti)源以形成尖头5。另一方面，可蒸发同时包括硅(Si)和钛(Ti)的源以形成尖头5。

在本发明的一个实施例中，如图3中所示，由可电铸成形的金属制成复合发射体1的尖头5。用于低温电铸尖头5的工艺在本领域中是众所周知的。例如，可通过首先把用于尖头5的材料淀积在基座3上来电铸尖头5。接着，将装置10加热到大约为用于尖头5的金属的熔点的一半的温度。以低于从尖头5引出电子所需场强的场强把引出电场加在引出电极17上。用于尖头5的材料开始在分离电场的作用下流动。结果在尖头5的顶点V形成原子级尖锐的尖端。

适用于可电铸成形金属的材料包括但不限于下面表3中列出的那些。

用于尖头5的可电铸成形的金属
	锡(Sn)
铟(In)
	镁(Mg)
锡合金
	铟合金
镁合金

           表3

在本发明的另一个实施例中，可用碳化物(C)制成复合发射体1的尖头5。用于尖头5的碳化物(C)包括但不限于下面表4中所示的导电碳化物。

用于尖头5的碳化物
	碳化硅(SiC)
碳化钛(TiC)

碳化钨(WC)
	碳化钽(TaC)
碳化铌(NbC)
	碳化铪(HfC)
碳化锆(ZrC)
	碳化钼(MoC)

    表4

在本发明的另一个实施例中，可用氮化物(N)制成复合发射体1的尖头5。用于尖头5的氮化物(N)包括但不限于下面表5中所示的导电氮化物。

用于尖头5的氮化物
	氮化硅(SiN)
氮化钛(TiN)
	氮化钨(WN)
氮化钽(TaN)
	氮化铌(NbN)
氮化铪(HfN)
	氮化锆(ZrN)
氮化钼(MoN)

        表5

第一介质层11、第二介质层15和第三介质层19可由介质材料制成，后者包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、在碳化硅上的氧化硅以及在氮化硅上的氧化硅。

发射电极13、引出电极17和聚焦电极21可用导电材料制成，后者包括但不限于铝(Al)、钨(W)、金(Au)、铂(Pt)、铜(Cu)、铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝钽(TaAl)、氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、氮化钽(TaN)、氮化钨钽(TaWN)、碳化钛(TiC)、碳化铝(AlC)、碳化钽(TaC)和碳化钨(WC)。

在本发明的一个实施例中，发射电极13是由包括重掺杂半导体的导电材料制成的。所述重掺杂半导体可以是硅(Si)。

在本发明的另一个实施例中，如图4所示，至少部分的空腔23在向着聚焦电极21的方向上具有反斜面41(即空腔在聚焦电极21的方向上变窄)。反斜面41可减少第二介质层15和第三介质层19的面向空腔23的表面上的电荷积累。

在本发明的一个实施例中，如图5中所示，第二介质层15和/或第三介质层19分别包括面向空腔的部分43和45，后者具有可通过使这些部分远离空腔23的膛来减小分别在面向空腔的部分43和45上的电荷积累的后移表面轮廓40。发射电极13和引出电极17用作第二介质层15和/或第三介质层19的蚀刻终止层，如箭头49所示。

后移表面轮廓40可为如图5所示的弓形或者后移表面轮廓40可为斜坡形(未示出)。空腔23可具有如图5所示的基本垂直的侧壁面47或者空腔23可具有如图6所示并且在上文参照图4讨论的反斜面41。空腔23还可具有在向着聚焦电极21的方向上的正斜面(未示出)。后移表面轮廓40的其他形状也是可能的，并且后移表面轮廓40的形状取决于所用的蚀刻工艺。

在本发明的另一个实施例中，如图7中所示，第二介质层15和第三介质层19可分别包括氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)的介质与机械强度增强层15a和19a，以及形成于介质与机械强度增强层15a和19a上的氧化硅(SiO₂)的后移介质层15b和19b。

介质与机械强度增强层15a和19a增加了在装置10的高压工作中的抗介质击穿性。另外，介质与机械强度增强层15a和19a机械上加强了形成发射电极13和引出电极17的相邻金属层。

后移介质层15b和19b可包括后移表面轮廓40，如图8中所示。后移介质层15b和19b的厚度可以是从大约100纳米到大约2000纳米。蚀刻终止介质层15a和19a可具有从大约50纳米到大约200纳米的厚度。后移表面轮廓40可为如图8所示的弓形或者后移表面轮廓40可具有斜面形。例如，弓形或斜面形在聚焦电极21的方向上可具有正或负的斜率。后移表面轮廓40的其他形状也是可能的，并且后移表面轮廓40的形状取决于所用的蚀刻工艺。

在本发明的一个实施例中，如图9中所示，发射电极13、引出电极17和聚焦电极21可分别由包括分别形成于粘附层13a、17a和21a上的细粒非晶形敷层13b、17b和21b的导电复合材料制成。细粒非晶形敷层13b、17b和21b可为具有小颗粒结构、即类似钢化玻璃的非晶结构的金属。具体来讲，通过把细粒或非晶形敷层用于发射电极13，基座3可淀积在不具有最佳晶体取向的细粒或非晶形敷层13b上。产生其上面可生成尖头5的光滑表面。基座3的光滑表面使得可以生成具有光滑、统一且在顶点V的尖锐尖端处终止的对称锥形尖头5。

用于细粒非晶形敷层13b、17b和21b的材料包括(但不限于)：在用于粘附层13a、17a和21a的以下材料：钛(Ti)、铝(Al)、钽(Ta)、钨(W)和铬(Cr)中任何一种上面的氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)和氮化钨(WN)。

在本发明的另一个实施例中，如图2中所示，第一介质层11、第二介质层15和第三介质层19中任何一个的电极对接面22可以被平面化以形成大体上平坦的表面。可用平面化处理诸如化学机械抛光(CMP)来使介质层平面化。平面化产生在其上面淀积电极的光滑和平坦的表面。

在本发明的一个实施例中，发射电极13、引出电极17和聚焦电极21具有大约50纳米到大约200纳米的厚度。

在本发明的另一个实施例中，如图10中所示，第二介质层15具有基本上等于复合发射体1在尖头5的顶点V处的高H的厚度。

在本发明的一个实施例中，如图10中所示，空腔23在聚焦电极21处具有基本上等于复合发射体1在尖头5的顶点V处的高H的直径W。

第二介质层15的厚度和空腔23的直径W将由关于装置10的专用参数来确定，并且可以通过用于制造装置10的光刻、淀积和蚀刻步骤来控制。

图11说明阵列20的俯视平面图。装置10在阵列20中重复了四次(10a、10b、10c和10d)。但是，不要把图11看成限制构成如所示的阵列中的装置10的数量。例如，阵列20可包括但不限于装置10的10*10阵列。阵列20包括安排在行R_n和R_n＋1中的两个发射电极13和安排在两列C_n和C_n＋1中的两个引出电极17。尽管仅表示出两行和两列，但阵列20可包括行与列的任何组合。为了激活一个或一个以上的装置10，可在发射电极13与引出电极17上加上适当的偏置电压。例如，为了激活装置10b以便从其复合发射体1中引出电子(未示出)，行R_n的发射电极13可连接到相对于列C_n＋1中的引出电极17的较低的电压，以产生将从尖头5的顶点V引出电子至量子隧道中的分离电场。例如，可把行R_n的发射电极13连接到电源的地端(未示出)而把在列C_n＋1中的引出电极17连接到电源的正端(未示出)。聚焦电极可连接到地端或某个其他负电压源。在图11中，通过聚焦电极21上的空腔23，可以看到复合发射体1和发射电极13的一部分。图11中还说明了复合发射体1与空腔23之间的对称性。

另外，图11说明用于实现电极13、17和21的各种金属层之间的关系。例如，发射电极13可用金属一层ml来实现，引出电极17可用金属二层m2来实现，而聚焦电极21可用金属三层m3来实现。金属层的数量由用于制造装置10的半导体工艺及该工艺所用的布局设计规则来确定。

另外，装置10a、10b、10c和10d可具有他们各自的分别连接到有源开关元件(未示出)如场效应管(FET)的电极，这使阵列20中的装置可以通过使用数字逻辑门来控制他们各自的FET的门节点以转换成“接通”(发射电子)或“断开”(无电子发射)。FET可为例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

例如，装置10b可使其发射电极13直接形成于FET的漏极节点上。可把FET的门节点连接到适合于“接通”或“断开”FET的数字信号源上。可把FET的源节点连接到电源的地节点上。可用在FET的门节点上的适当数字信号来“接通”或“断开”装置10b。当装置10b接通时，发射电极13基本上处在地电位。通过对引出电极17加上相对发射电极13的正电压偏置可以启动从装置10b的发射体1的电子发射，使得电子机械地穿过量子隧道从发射体1的尖头5中出来。可把FET的漏极节点用例如钨插头连接到发射电极。相反地，电极13可直接地形成于FET的源极节点上而且可把FET的漏极节点连接到电源的地节点。

尽管已经公开和说明了本发明的几个实施例，但是本发明并不限于这样描述和说明的各部分的特定形式或安排。本发明仅由权利要求书限定。

Claims (17)

1.一种自对准电子源装置10，它包括：

第一介质层11；

形成于所述第一介质层11上的发射电极13；

包括形成于所述发射电极13上的基座3和形成于所述基座3上并且在顶点V处终止的基本上锥形的尖头5的复合发射体1；

形成于所述发射电极13上的第二介质层15；

形成于所述第二介质层15上的引出电极17；

形成于所述引出电极17上的第三介质层19；以及

形成于所述第三介质层19上的聚焦电极21，

所述聚焦与引出电极(21，17)和所述第二与第三介质层(15，19)包括从所述聚焦电极21穿出并且在所述发射电极13终止的空腔23，所述空腔23对称地围绕所述复合发射体1并且与所述尖头5的顶点V同轴地对准使得所述空腔23与所述复合发射体1基本上互为基准地自对准。

2.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述尖头5是由耐熔金属制成的并且所述耐熔金属包括从由钼、铌、铪、锆、钽、钨和钒组成的组中选择的材料。

3.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述尖头5是由金属合金制成的并且所述金属合金包括从由钛、钼、铌、铪、锆、钒、钨、铬和钽组成的组中选择的任何两种不同材料的组合。

4.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述尖头5是由可电铸成形的金属制成的且所述顶点V形成原子级尖锐的尖端，并且所述可电铸成形的金属包括从由锡、锡合金、铟、铟合金、镁和镁合金组成的组中选择的材料。

5.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述尖头5是由导电的碳化物制成的并且所述导电碳化物包括从由碳化硅、碳化钛、碳化钨、碳化钽、碳化铌、碳化铪、碳化锆和碳化钼组成的组中选择的材料。

6.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述尖头5是由导电的氮化物制成的并且所述导电氮化物包括从由氮化硅、氮化钛、氮化钨、氮化钽、氮化铪、氮化铌、氮化锆和氮化钼组成的组中选择的材料。

7.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的所述基座3是从由钛、铬、铌和掺杂硅组成的组中所选的材料。

8.权利要求1的装置，其特征在于：所述介质层(11，15，19)中任何一个是由从由氧化硅、氮化硅、碳化硅、在碳化硅之上的氧化硅和在氮化硅之上的氧化硅组成的组中选择的材料制成的。

9.权利要求1的装置，其特征在于：所述电极(13，17，21)中任何一个是由从由铝、钨、金、铂、铜、铬、钛、钽、铝钽、氮化钛、氮化钨、氮化钽、氮化钨、碳化钛、碳化钽、碳化钨和碳化铝组成的组中选择的导电材料制成的。

10.权利要求1的装置，其特征在于：所述电极(13，17，21)中任何一个是由包括形成于粘附层(13a，17a，21a)之上的细粒非晶层(13b，17b，21b)的导电复合材料制成的，

所述细粒非晶层(13b，17b，21b)是从由氮化钛、氮化钽和氮化钨组成的组中选择的材料，以及

所述粘附层(13a，17a，21a)是从由钛、铝、钽、钨和铬组成的组中选择的材料。

11.权利要求1的装置，其特征在于：所述发射电极13是由包括重掺杂半导体的导电材料制成的。

12权利要求1的装置，其特征在于：所述第二和第三介质层(15，19)中任何一个包括面向空腔的部分(43，45)，后者具有可减小在面向空腔的部分(43，45)上的电荷积累的后移表面轮廓40，并且所述后移表面轮廓40包括从由斜面形和弓形组成的组中选择的形状。

13.权利要求12的装置，其特征在于：所述第二和第三介质层(15，19)中任何一个包括介质与机械强度增强层(15a，19a)和形成于所述介质与机械强度增强层(15a，19a)之上的氧化硅的后移介质层(15b，19b)，

所述后移介质层(15b，19b)包括后移表面轮廓40，以及

所述介质与机械强度增强层(15a，19a)是用从由氮化硅和碳化硅组成的组中选择的材料制成的。

14.权利要求1的装置，其特征在于：所述空腔23的至少一部分具有在向着聚焦电极21的方向上的反斜面41。

15.权利要求1的装置，其特征在于：所述复合发射体1的尖头5是由硅合金制成的。

16.权利要求15的装置，其特征在于：所述硅合金是硅与从由钛、钼、铌、铪、锆、钒、钨、铬和钽组成的组中选择的材料的组合物。

17.权利要求1的装置，其特征在于：所述发射电极13是直接形成于从由漏极节点和源极节点组成的组中选择的场效应晶体管的节点上的。

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