JP2003505844A - 真空電界効果デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

真空電界効果デバイスおよびその製造方法

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ポッター、マイケル、ディ
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Abstract

(57)【要約】 横形電界放出ソース(60)、ドレーン(150)、および一つまたはそれ以上の絶縁ゲート(40、160)を備える超高周波真空チャネル電界効果超小型電子デバイス(VFEDまたはIGVFED)。絶縁ゲートは、好適には、横形電界放出ソースの放射縁部(85)および真空チャネル領域(120)の一部と重畳状態で整合して延びるように配置するのが望ましい。ゲートを使用しない場合には、デバイスは、超高速ダイオードとして動作する。このデバイスに対する好適な製造方法は、絶縁層カバーで被覆されている真空チャネル領域用のトレンチ内に一次的に位置する犠牲材料を使用する。犠牲材料は、カバー内のアクセス孔部により除去することができる。好適な製造方法の一部として、ドレーンは、好適には、真空チャネル領域が真空になった後で、アクセス孔部を塞ぎ、真空チャネル領域を密封する密封プラグとして機能することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の分野) 本発明は、超小型電子デバイスに関し、特に、横形電界放出ソースを含む、好
適には、絶縁ゲートを含むことが好ましい真空チャネル電界効果超小型電子デバ
イスに関する。
【0002】 本出願は、1999年7月26日付の米国仮特許出願第60/145,570
号;1999年3月25日付の米国特許出願第09/276,198号(現在の
米国特許第6,004,830号)および同じ日付の第09/276,200号
;および1999年12月13日付の米国特許出願第09/477,788号、
および同じ日付の第09/476,984号に関する。
【0003】 (用語および表記法) 本明細書および添付の特許請求の範囲全体を通して、「横形エミッタ」または
「横形電界放出ソース」という二つの用語は、両方とも基板に平行に配置された
電界放出ソースを意味するもので、どちらを使用してもよい。説明を分かりやす
くし、簡単にするために、本明細書においては、「水平」および「垂直」という
用語は、それぞれ、基板に水平および垂直なことを意味するもので、空間内の任
意の好適な方向、または地表面または重力の方向に対する任意の好適な方向を意
味するものではない。頭字語「VFED」および「IGVFED」は、それぞれ
、「真空電界効果デバイス」および「絶縁ゲート真空電界効果デバイス」を意味
する。「絶縁基板」または「絶縁層」の場合のような「絶縁」という用語は、通
常の意味で使用されていて、108Ω−cmより高い比抵抗を特徴とする基板を
意味する。「導電性」という用語は108Ω−cm以下の、すなわち、導電性基
板および半導体基板の両方の比抵抗を含むことを特徴とする物質を意味する。
【0004】 (背景技術) K.R.ショルダーズは、(1961年、ニューヨーク所在のアカデミック・
プレス発行の)「コンピュータの進歩」、2巻、135〜197ページ掲載の、
F.L.アルト(編集者)の「電子ビーム作動機械工作技術を使用するマイクロ
エレクトロニクス」で、ある種の真空集積回路を記載している。(1985年、
ニュージャージー州ピスカタウェイ、IEEE、1985年国際電子デバイス会
議[IEDM]の技術ダイジェスト、172〜175ページ)掲載の、R.グリ
ーン他の論文「真空集積回路」は、真空電子デバイスの物理学と製造方法を再検
討し、FET類似の真空電界エミッタ三極管の概念を示した。上記論文で、R.
グリーン他が発表した電界放出デバイスは、約100ボルトのグリッド・バイア
ス、および約200〜500ボルトのアノード電圧を必要とする。(1986年
、ニュージャージー州ピスカタウェイ、IEEE、1986年国際電子デバイス
会議[IEDM]の技術ダイジェスト、776〜779ページ)掲載の、グレイ
他の論文、「シリコン電界エミッタ・アレーを使用する真空電界効果トランジス
タ」は、シリコン電界エミッタ・アレーを使用する真空電界効果トランジスタ類
似のデバイスを記載している。(1989年、ニュージャージー州ピスカタウェ
イ、IEEE、1989年国際電子デバイス会議[IEDM]の技術ダイジェス
ト、89−15〜89−19ページ)掲載の、R.グリーン他の論文、「真空マ
イクロエレクトロニクス」は、一体化グリッドを持つ電界エミッタ・アレー、お
よび交互配置形シリコン・プレーナー電界エミッタ・アレー真空FET」を報告
している。
【0005】 (1989年、ニュージャージー州ピスカタウェイ、IEEE、1989年国
際電子デバイス会議[IEDM]の技術ダイジェスト、89−533〜89−5
36ページ)掲載の、H.H.ブスタ他の論文、「横形ミニアチュア化真空デバ
イス」は、二つのタイプの横形電界エミッタ三極管を報告している。一方のタイ
プは、三角形の金属エミッタ、コレクタ電極、および抽出電極を含み、他方のタ
イプは、多結晶シリコン層の側壁上に固定されているタングステン・フィラメン
ト、コレクタ電極、および抽出電極を含む。
【0006】 (1989年、ニュージャージー州ピスカタウェイ、IEEE、1989年国
際電子デバイス会議[IEDM]の技術ダイジェスト、89−529〜89−5
31ページ)掲載の、W.J.オーヴィス他の論文、「リバーモア・ミニアチュ
ア真空管プロジェクトの進展報告」は、スピント・タイプの電界エミッタを含む
ミニアチュア真空ダイオードおよび三極管の製造方法を報告している。オーヴィ
ス他の三極管は、自立アノードおよびグリッドを含む。
【0007】 (1989年10月発行の)IBM技術開示ブレティン、32巻、5B号、2
42〜243ページ掲載の、J.E.クローニン他の論文、「電界放出三極管集
積回路製造方法」は、制御グリッドに対して自己整合している電界放出チップを
持つ電界放出三極管の製造方法を報告している。
【0008】 1990年3月発行のディスカバー掲載の、B.グッドマンの論文、「真空管
への回帰」は、真空マイクロエレクトロニクスの開発における進歩と問題を報告
している。1991年10月発行の、「電子デバイスに関するIEEE議事録、
38巻、10号、2334〜2336ページ掲載の、S.カネムラ他の論文、「
横形電界放出三極管の製造と特性付け」は、間隔が10ミクロンの170の電界
エミッタ・チップ、柱状ゲート、およびアノードを含むアレーを持つ横形電界エ
ミッタ三極管を報告している。
【0009】 1990年7/8月発行の、真空科学技術ジャーナル、A8(4)巻、358
1〜3585ページ掲載の、W.N.カー他の論文、「真空マイクロトライオー
ド特性」は、楔形電界放出カソードを備える横形真空超小型電子デバイスに対し
てシミュレートした5極管類似のI/V特性を報告している。
【0010】 (1999年11月1日付の)アプライド・フィジックス・レターズ、75巻
、18号、2845〜2847ページ掲載の、A.A.G.ドリスキル−スミス
他の論文、「ナノトライオード:ナノ規模電界放出管」は、電界放出カソード(
約1ナノメートルの半径を持つ垂直な金属「ナノピラ」)、集積アノード、およ
び制御ゲートを備えるナノ規模の電子管を報告している。上記すべての部材は、
約100ナノメートルの垂直および水平次元内に含まれる。(1999年11月
6日付の)サイエンス・ニュース、156巻掲載の、P.ワイスの論文、「真空
管の新しい映像:小さすぎて見えない」は、ドリスキル−スミス他の真空管開発
の要約を報告し、この分野の他の当業者のいくつかの意見を報告している。19
99年12月発行の、フィジックス・トゥデイの9ページ掲載の、論文、「真空
管の復帰の試み」は、ドリスキル−スミス他の垂直方向のデバイスのいくつかの
利点、論文およびデバイス設計に関連するいくつかの残りの問題の要約を報告し
ている。
【0011】 多くの過去の米国特許が、真空超小型電子デバイス(特に、電界放出デバイス
)およびその製造方法を開示している。上記米国特許としては、フレーザ・ジュ
ニアの第3,753,022号;スピント他の第3,755,704号および第
3,789,471号;シェルトンの第4,163,949号;グレイ他の第4
,578,614号;ブローディの第4,721,885号;リーの第4,82
7,177号;リー他の第4,983,878号;ゴロンキン他の第5,007
,873号;アトキンソン他の第5,012,153号;エプスタインの第5,
070,282号;ケーンの第5,079,476号;ボルの第5,112,4
36号;ジョーンズの第5,126,287号;バスケスの第5,136,76
4号;ジョーンズ他の第5,144,191号;グレイの第5,214,347
号;オカニワの第5,221,221号;ホソギの第5,245,247号及び
第5,267,884号;カルカテラの第5,268,648号;吉田の第5,
270,258号及び第5,367,181号;リューの第5,394,006
号;ミューラ他の第5,493,177号;および鈴木の第5,834,790
号および5,925,975号などがある。
【0012】 多数の過去の米国特許が、横形電界放出カソードを備える超小型電子デバイス
構造体、およびその製造方法を開示している。上記米国特許としては、リーの第
4,827,177号;ボルの第5,112,436号;ジョーンズ他の第5,
144,191号;グレイの第5,214,347号;クローニン他の第5,2
33,263号;5,308,439号;5,312,777号;および5,5
30,262号;キシー他の第5,528,099号;メンデルマン他の第5,
604,399号;5,629,580号;5,736,810号;および5,
751,097号;およびポッターの第5,616,061号;5,618,2
16号;5,628,663号;5,630,741号;5,644,188号
;5,644,190号;5,647,998号;5,666,019号;5,
669,802号;5,691,599号;5,700,176号;5,703
,380号;5,811,929号;5,831,384号;5,850,12
3号;5,872,421号;5,920,148号;5,965,192号;
6,004,830号;6,005,335号;6,015,324号;6,0
15,326号;6,017,257号;6,037,708号および6,07
1,633号等がある。
【0013】 超高周波電子デバイスの開発が引続き待望されている。現在、超高周波デバイ
スに対する多くのニーズは、半導体デバイスおよび集積回路により満たされてい
る。半導体デバイス内の電子の移動速度は、キャリヤと結晶格子の原子との間の
衝突により減速するので、ミニアチュア真空デバイスの潜在的な超高周波性能は
魅力的なものである。十分小さく、十分低い電圧で、また十分高く、安定してい
る電流で動作できるように製造した場合には、このような真空デバイスは、デジ
タルおよびアナログの両方の分野で、広い範囲のエレクトロニクス用途で使用さ
れるだろう。
【0014】 (発明の開示) 超高周波真空チャネル電界効果超小型電子デバイス(VFEDまたはIGVF
ED)は、横形電界放出ソース、ドレーン、および一つまたはそれ以上の絶縁ゲ
ートを備える。絶縁ゲートは、好適には、横形電界放出ソースの放射縁部および
真空チャネル領域の一部と重畳状態で整合して延びるように配置するのが望まし
い。ゲートを使用しない場合には、デバイスは、超高速ダイオードとして動作す
る。このデバイスに対する好適な製造方法は、絶縁層カバーで被覆されている真
空チャネル領域用のトレンチ内に一次的に位置する犠牲材料を使用する。カバー
内のアクセス孔部により犠牲材料を除去することができる。好適な製造方法の一
部として、ドレーンは、好適には、真空チャネル領域に真空が導入された後で、
アクセス孔部を塞ぎ、真空チャネル領域を密封する密封プラグとして機能するこ
とが好ましい。
【0015】 (発明を実施するための形態) 本明細書は、新規の超高速スイッチング速度の真空電界効果デバイス(VFE
D)を開示する。VFED用の電荷キャリヤ・ソースは、ファウラー−ノルトハ
イム放射により動作することができる電子エミッタ・ソースである。チャネル領
域は真空である。チャネル領域には電子を散乱させる材料がなく、チャネルの長
さが短いので、電子の通過時間は非常に短い。上記ソースとゲートの間には、ま
たは上記ドレーンとゲートの間には真空経路は存在しない。それ故、ゲートから
電子を放出させないで、比較的高いドレーン電位を維持することができる。ドレ
ーン電位が高く、また真空チャネルが短いので、電子の通過時間は数ピコ秒以下
になる。さらに、新規なVFEDの寄生キャパシタンスが非常に小さい(サブフ
ェムトファラッド/マイクロメートル)ことを考慮に入れると、綿密な計算によ
り、0.5マイクロメートルの真空チャネル長さに対するスイッチング速度は1
0テラヘルツまでと予想される。真空チャネル長さが、0.1マイクロメートル
の場合には、計算によるデバイスの速度は、約30テラヘルツである。
【0016】 出力インピーダンスをできるだけ低くしたいという用途の場合には、(rp
∂Vd/∂Id、Vg=一定)、真空チャネルの長さを非常に短くすることにより
、またソース電界へのドレーンの潜在的な影響によりドレーン電流を有意に変え
ることができる。ここで、Vdはドレーン電圧であり、Idはドレーン電流であり
、Vgはゲート電圧である。さらに、電気的に並列に配置されている多数の個々
のデバイスは、スイッチング速度を遅くしないで、実効出力インピーダンスを低
減する。相互コンダクタンス(gm=∂Id/∂Vg、Vd=一定)は、ソースに
ゲートが実効的に近接するために、高くなる場合がある。誘電率の高い絶縁材料
を使用することによりゲートの影響を強化することができる。しかし、ゲート−
ソース間の寄生キャパシタンスの増大を考慮に入れる必要がある。誘電率は、好
適には、2より大きい値であることが好ましい。真空チャネルの長さが、0.5
ミクロンにほぼ等しいか、それより大きい範囲内にある場合には、チャネル電流
に対するゲートの強い影響のために、利得パラメータ(μ=|∂Vd/∂Vg|、
d=一定)が、大きくなる場合がある。
【0017】 図1(正確な縮尺ではない)は、本発明の絶縁ゲート真空チャネル電界効果デ
バイス10の一部が断面になっている斜視図である。デバイス10は、絶縁基板
20上に作られる。ソース層60(放出チップ85を備える横形電界放出冷陰極
)は、基板20に平行である。図1および断面図2f−2jは、長方形の形をし
ている放出チップ85の略図である。放出チップ85の実際の形は、電界放出カ
ソード技術においては周知のように、非常に鋭角、すなわち、半径が非常に小さ
い縁部とすることができる。ドレーン150は、安定なバイアス電圧が、ソース
60およびドレーン150に掛けられている場合には、ソース60の放出チップ
85が放出する電子を収集する。ドレーン150は、好適には、約1ナノメート
ルから約1ミリの間隔で、ソース60の放出チップ85から横方向に離れている
ことが好ましい。好適には、底部ゲート40および頂部ゲート160であること
が好ましい、ゲートは、ソース60の放出縁部85と、少なくとも部分的に整合
している状態で配置されていて、真空チャネル領域120の一部と重畳するよう
に延びることが好ましい。導電性底部ゲート接点155は、下方に向かって延び
、底部ゲート40とオーム電気接触を行う。接点155は、図1の実施形態の場
合には、頂部ゲート160に接続している。基板20内の底部ゲート40用の凹
部を使用することにより、ゲート40を平らにすることができ、それにより、好
適な製造プロセス中に正確な制御を行うことができ、ゲート40上に蒸着される
絶縁層50の厚さを均一にすることができる。これについては以下に詳細に説明
する。しかし、他の実施形態の場合には、ゲート40は、凹部を設けないで、基
板20の頂部面上に配置することができる。
【0018】 各ゲートと真空チャネル領域との間の絶縁層により、ソースが放出した電子が
、どちらかのゲートに到着するのが防止される。各ゲートは、そのそれぞれの絶
縁層(50または70と100との組合せ)により、真空チャネル領域から完全
に分離される。これら各絶縁層は、また、その対応するゲートとドレーン150
との間の真空経路の形成を防止し、そのため、(例えば、二次電子電流のような
)電子の流れが、各ゲートとドレーンとの間を通って流れるのが防止される。こ
のことは、本明細書で説明する二つのゲートを持つ好適な実施形態の代わりに、
ゲートを一つしか持たないIGVFEDの場合にも当てはまることを理解するこ
とができるだろう。二つのゲートを持つ、図1の実施形態の場合、これら二つの
ゲートを相互に接続する導電性接点155は、絶縁材50、70および100に
より、真空チャネル領域120から完全に絶縁されている。図1に示すように、
真空チャネル領域120の大きさは、真空チャネル領域120が、導電性接点1
55の領域に入り込むのを防止するように設計されている。
【0019】 デバイスを保護し、表面漏洩電流を防止するために、従来の不動態層(図示せ
ず)をデバイス10の上に蒸着することができる。従来のブァイア開口部を形成
することができ、従来のターミナル冶金(図示せず)は、図1の導電性素子と接
触するように蒸着することができる。
【0020】 それ故、ある観点から見た場合、本発明は、電子を放出するための放出チップ
85を含む横形電界エミッタを備えるソース60を持ち、放出チップから横方向
に間隔をおいて設置されている導電性ドレーン150を持ち、少なくともソース
の放出チップ85と、ドレーン150との間を延びる真空チャネル領域120を
持ち、ソースが放出したすべての電子が、ゲートに到着するのを防止するために
、ゲートと真空チャネル領域120との間に配置された絶縁層50、70または
100により、真空チャネル領域から完全に分離している少なくとも一つのゲー
ト40または160を持ち、また、ドレーンとソースとの間にバイアス電圧を供
給し、ゲートに制御信号を供給するためのターミナル(例えば、140)を持つ
真空電界効果デバイス10である。上記ターミナルは、図1の150および16
0のような各電極と一体に形成することができる。上記デバイスは、好適には、
集積導電性ゲート接点155により接続することができる二つの電気的に共通な
ゲート40および160を持つことが好ましい。このデバイスは、導電性基板ま
たは半導電性基板上の絶縁フィルムから作ることができる絶縁基板20上に形成
される。
【0021】 (製造方法) 新規なテラヘルツ真空電界効果デバイス(VFED)は、複合半導体デバイス
またはヘテロ接合半導体デバイスと比較すると、遥かに簡単に製造することがで
きる。好適な実施形態の場合には、半導体材料は使用していない。しかし、構造
体の製造は、標準ICの金属化、不動態化および相互接続処理に匹敵する。さら
に、新規なデバイスは、好適な実施形態の製造プロセス、または他の集積回路の
製造プロセスの修正例と一緒に集積することができる。
【0022】 真空電界効果デバイスの全製造プロセスは、適当な平らな絶縁基板を供給する
ステップと、基板に平行に横形電界エミッタを蒸着することによってソースを形
成するステップと、ソースの横形電界エミッタ上に放出チップを形成するステッ
プと、電子を受け取るために、放出チップから、横方向に間隔をおいて設置され
ている導電性ドレーンを形成するステップと、少なくとも放出チップとドレーン
との間に真空チャネル領域用の第一の開口部を形成するステップと、放出チップ
に対して少なくとも一部が整合している状態で、また、第一の開口部と少なくと
も一部が重畳状態で整合している状態で、少なくとも一つのゲートを蒸着するス
テップと、密封真空チャネル・チャンバを形成するために、第一の開口部をほぼ
カバーするステップと、真空状態にするために、第一の開口部からすべてのガス
を除去するステップと、真空チャネル・チャンバを密封するステップとを含む。
また、全プロセスは、ソースが放出した電子が、ゲートに到着するのを防止する
ために、ゲートと真空チャネル領域との間に絶縁層を設置するステップを含むこ
とができる。ゲートは、絶縁層により真空チャネル領域から完全に分離される。
ソースとドレーンの間にバイアス電圧を供給し、ゲートに制御信号を供給するた
めに、ターミナルを追加することができる。
【0023】 絶縁基板を供給するステップは、ベース基板が、任意の程度の導電性または半
導体性を持つことができる状態で、最初に基板を供給し、その後で、ベース基板
上に絶縁表面層を蒸着することにより実行することができる。それ故、ベース基
板は、導体であっても、半導体であっても、約108Ω−cm以下の比抵抗を特
徴とする任意の基板であっても、またはその上に蒸着される絶縁層とは組成が異
なる絶縁材料であってもよい。例えば、ベース基板は、金属であっても、シリコ
ンであっても、ゲルマニウムであっても、III−V化合物(ガリウム・砒素、ア
ルミニウム・ガリウム・砒素、InP、GaN等)であっても、導電性酸化物(
例えば、酸化インジウム錫、酸化インジウム、酸化錫、酸化銅、または酸化亜鉛
)であっても、窒化遷移金属、または炭化遷移金属であってもよい。
【0024】 この全製造プロセスの枠組み内において、特定の材料および特定のプロセスの
方法を種々様々に変化させることができる。図2a−図2j及び図3を参照しな
がら、以下の説明を読めば、特に好適な製造プロセスの詳細を理解することがで
きる。図2a−図2jは正確な縮尺ではない。この説明は、二つのゲートを供給
するステップを含むが、VFFDデバイスは、一つまたはそれ以上のゲートを含
むように製造することもできるし、高速ダイオードを製造するために、ゲートを
使用しないで作ることもできることを理解されたい。
【0025】 図2a−図2jは、好適なプロセスの特定のステップの結果を示す一連の側断
面図である。図3は、好適な製造プロセスのフローチャートである。このフロー
チャート中においては、各ステップは、参照番号S1,...,S21で示す。
表1は、これら各ステップの場合に実行する行動を示す。
【0026】 表1.図3のプロセスのステップ S1 基板の供給 S2 第一のトレンチの形成 S3 第一のトレンチの導電性層による充填と平坦化 S4 第一の絶縁層の蒸着 S5 導電性材料の蒸着とソースのパターン形成 S6 第二の絶縁層の蒸着 S7 真空チャネル領域を形成するための第二のトレンチの形成 S8 第二のトレンチの犠牲材料による充填と平坦化 S9 第三の絶縁層の蒸着 S10 第三の絶縁層を貫通してのアクセス孔部の形成 S11 ソース・ブァイアと底部ゲート・ブァイア開口部の形成 S12 犠牲材料の除去 S13 真空環境の供給 S14 導電性ソース接点の蒸着とパターン形成 S15 導電性頂部ゲートの蒸着とパターン形成 S16 導電性底部ゲート接点の蒸着とパターン形成 S17 導電性ドレーンの蒸着とパターン形成 S18 真空チャネル領域の密封 S19 (ステップS14−S18の組合せ同時実行) S20 必要な場合には、不動態層の蒸着 S21 必要な場合には、ブァイア孔部とターミナル冶金の形成
【0027】 ステップS1においては、平らな適当な絶縁基板20が供給される。絶縁基板
20は、ガラス、セラミック、ガラス・セラミック、ダイヤモンド、石英、酸化
アルミニウム、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、
酸化ニッケル、プラスチック、ポリマ、ポリイミド、パリレーン、ポロエチレン
・テレフタレート、およびこれらの混合物および組合せのような任意の適当な材
料を含むことができる。すでに説明したように、ステップS1で供給された平ら
な絶縁基板20は、最初に、シリコン半導体ウエハのような、導電性のベース基
板を供給し、絶縁表面を形成するために、導電性ベース基板上に適当な絶縁材料
の表面層を蒸着することにより形成することができる。絶縁層としては、例えば
、上記の絶縁材料の中の任意のものを使用することができる。
【0028】 ステップS2においては、トレンチ30が絶縁基板の表面内に形成される(図
2a)。ステップS3においては、第一のゲートを形成するために、トレンチ3
0に導電性層40が充填され、平らに均される(図2b)。この平らに均す作業
は、化学的機械的研磨(CMP)により行うことができる。導電性層40の適当
な材料の例としては、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビス
マス、導電性酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、ク
ローム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよび
タングステン)、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドー
ピングした窒化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダ
イヤモンド、黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリ
ン)、シリコン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲル
マニウム、および混合物、合金、およびこれらの組合せ等がある。導電性材料は
、処理中に、デバイスの他の材料と相性のいいものを選ぶ。
【0029】 ステップS4においては、平らに均した表面上へ第一の絶縁層50の蒸着が行
われる(図2c)。第一の絶縁層50は、ガラス、ガラス・セラミック、石英、
酸化アルミニウム、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウ
ム・ストロンチウム、酸化チタン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タ
ンタル、酸化バリウム・チタン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化
ストロンチウム・チタン、酸化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化
アルミニウム、ポリイミド、パリレンまたはこれらの混合物および組合せのよう
な任意の適当な絶縁材料を含むことができる。第一の絶縁層50の絶縁誘電率ε
は、好適には、2より大きい値であることが好ましい。
【0030】 ステップS5においては、ソース層60を形成するために、導電性材料が蒸着
され、パターン形成される(図2d)。ステップS6においては、第二の絶縁層
70が、蒸着され、ソース層60をカバーする(図2e)。第二の絶縁層70は
、第一の絶縁層50用に使用した材料(ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸
化アルミニウム、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム
・ストロンチウム、酸化チタン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タン
タル、酸化バリウム・チタン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ス
トロンチウム・チタン、酸化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化ア
ルミニウム、ポリイミド、パリレンまたはこれらの混合物および組合せ)の中の
任意のもののような任意の適当な絶縁材料を含むことができる。しかし、好適に
は、絶縁層50および70は、同じ絶縁材料からできていることが好ましい。第
二の絶縁層70の誘電率εは、好適には、2より大きい値であることが好ましい
【0031】 真空チャネル領域用の第二のトレンチ80は、少なくとも第二の絶縁層70お
よびソース層60をエッチングするが、第一のゲート層40まではエッチングし
ないという方法で形成される(図2fのステップS7)。トレンチ80は、指向
反応性イオンエッチングにより形成することができる。このトレンチを形成する
際にも、放出チップ85を形成するために、ソース層60がエッチングされる。
必要な場合には、放出チップ85をさらにエッチングするために、等方性湿式エ
ッチングまたはプラズマ・エッチングのような他のエッチングを使用することも
できる。電界放出カソードの当業者であれば周知のように、非常に切れ味のいい
ナイフの刃の形に形成する目的で、極めて短い半径の放出縁部を85を形成する
ことが好ましい。このことは、ステップS5において、非常に薄いソース層60
を蒸着し、その後で、ステップS7において、薄い層の縁部の形にエッチングす
ることにより実行することができる。ソース層60用の適当な導電性材料として
は、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビスマス、導電性酸化
物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、クローム、ジルコニ
ウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングステン)、
耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドーピングした窒化ホ
ウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダイヤモンド、黒鉛
、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリン)、シリコン(
Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲルマニウム、および
混合物、合金、およびこれらの組合せ等がある。当業者であれば周知のように、
少なくともソース層60の放出縁部85のところには、仕事関数の低い材料を使
用することが好ましい。
【0032】 ステップS8においては、第二のトレンチ80が、犠牲材料90で充填され、
平らに均される(図2g)。犠牲材料90としては、無機材料またはパリレンの
ような有機材料を使用することができる。第三の絶縁層100が、蒸着され(図
2hのステップS9)。第三の絶縁層100は、第一の絶縁層50および第二の
絶縁層70用に使用した材料の中の任意のもののような任意の適当な絶縁材料を
含むことができる。絶縁層100は、好適には、絶縁層50および70と同じ絶
縁材料からなることが好ましく、また、好適には、2より大きい誘電率εを持つ
ことが好ましい。
【0033】 ステップS10においては、アクセス孔部110が、第三の絶縁層100を貫
通して、少なくとも犠牲材料90に達するまで形成される(図2i)。アクセス
孔部110は、好適には、放出チップ85から最も離れているトレンチ80の縁
部または縁部付近に設けることが好ましい。ステップS11においては、ソース
・ブァイア開口部130、および底部ゲート40用のブァイア開口部(図示せず
)が設けられる。底部ゲート接点155(図1に示す)は、図2a−図2jの断
面の面からズレているこの底部ゲート・ブァイア開口部を使用する。そうしたい
場合には、図3に、ステップS10とステップS11結合している括弧により示
すように、これら二つのステップを結合して同時に実行することができる。ステ
ップS12においては、例えば、適当な溶媒により犠牲材料90を溶かし、アク
セス孔部110から溶液を除去することにより、アクセス孔部110を通して、
犠牲材料90が除去される。例えば、犠牲材料90が、ホトレジストまたは蝋で
ある場合には、溶媒としてアセトンを使用することができる。犠牲材料90が二
酸化シリコンである場合には、この二酸化シリコンを、例えば、HFを使用して
、湿式化学エッチングにより除去することができる。多くの犠牲材料の場合、除
去プロセスを酸素プラズマ・エッチングにより行うことができる。犠牲材料を除
去すると、中空の真空チャネル領域120が残る。次のいくつかのステップは、
真空環境で行うことができる。この場合、真空圧は、好適には、ステップS13
において供給された約1トルより低いか、等しいものであることが好ましい。
【0034】 ステップS14においては、導電性ソース接点140が蒸着され、パターン形
成される。ステップS15においては、導電性頂部ゲート160が蒸着され、パ
ターン形成される。ステップS16においては、導電性底部ゲート接点155(
図1)が、蒸着され、パターン形成される。ステップS17においては、導電性
ドレーン150が、蒸着され、パターン形成される。導電性頂部ゲート160、
導電性底部ゲート接点155、および導電性ドレーン150用の適当な導電性材
料としては、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビスマス、導
電性酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、クローム、
ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングス
テン)、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドーピングし
た窒化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダイヤモン
ド、黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリン)、シ
リコン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲルマニウム
、および混合物、合金、およびこれらの組合せ等がある。
【0035】 ステップS18においては、真空チャネル領域120を密封するためにアクセ
ス孔部110が充填される。このステップS18は、好適には、約1トル以下か
、または等しい真空圧で実行することが好ましい。真空チャネル領域120が密
封されると、チャネル領域が真空になる。ステップS14−S18は、好適には
、図3に括弧で示すようにステップS19と同時に実行することが好ましい。こ
の好適なプロセスにおいては、アクセス孔部110は、また、(真空チャンバ・
チャネル領域120の内部で)ドレーン150の下部用のパターンを形成する。
図2jの断面図、および図1の一部が断面になっている斜視図は、ステップS1
4−S18または結合ステップS19を実行した後で、結果として得られるデバ
イスを示す。別の方法としては、導電性ドレーン150の形成、および真空チャ
ネル領域120の密封は、ポッタの米国特許第5,700,176号の方法によ
っても実行することができる。上記米国特許の全文は、引用によって本明細書の
記載に援用する。そうしたい場合には、不動態層を蒸着し(ステップS20)、
ブァイア開口部を形成し、ターミナル冶金を蒸着(ステップS21)することが
できる。
【0036】 当業者であれば、制御ゲート素子40および160を内蔵させるこれらのプロ
セスのステップを単に省略するだけで、超高周波ダイオード構造体を製造するこ
とができることを理解することができるだろう。制御ゲート素子40および16
0の中の一方を省略し、他の素子を設置した場合でも、デバイスは、依然として
三極管として動作する。
【0037】 本発明の真空電界効果デバイスは、非常に種々様々な大きさに、また絶縁体の
誘電率のような材料特性で製造することができる。例えば、用途によって、真空
チャネルの長さを約1ナノメートルから約1ミリの間の範囲で製造することがで
きる。種々様々な範囲の誘電率ε、ドレーン電圧値、結合キャパシタンス、およ
び動作の向上対遅延モードとの間で折り合いが行われる。絶縁層の誘電率が20
より小さいか、または等しい場合には、絶縁層50および絶縁層70と100と
の組合せの厚さ(すなわち、ゲートとソース層60との間の間隔)は、好適には
、約1ナノメートルから約1000ナノメートルの間に選択することが好ましく
、絶縁層の誘電率が20より大きい場合には、上記間隔は、好適には、約10ナ
ノメートルから約5000ナノメートルの間に選択することが好ましい。
【0038】 (工業的用途) 本明細書に開示しているデバイスは、特に、高帯域通信要件に有用である。本
発明のデバイスのこのような用途としては、チップ・レベルでのデータの送受信
等がある。すなわち、本発明のデバイスは、有線または無線の狭い範囲のLAN
通信に適している。本発明のデバイスは、また、本来、高いターミナル許容範囲
および放出抵抗を持つ。それ故、悪い環境内で使用することが望ましい。そのよ
うな用途としては、核分裂原子炉、核融合原子炉用のセンサ、ボアホール・セン
サ、加速装置用センサ、および計器装備、衛星内での使用、ディープスペースお
よび地球大気圏外の探査用乗り物、および多くの他の類似の用途等がある。
【0039】 本明細書、または本明細書に開示している本発明の実施形態を読めば、当業者
であれば、種々の用途および条件用に使用することができる他の実施形態を思い
つくことができるだろう。例えば、本発明の構造体内に他のゲート電極を追加す
ることもできる。他の実施形態の場合には、適当なプラスチック、または柔軟お
よび/または透明な他のポリマからなる絶縁基板上に本発明のデバイスを形成す
ることができ、または、導電性素子を導電性ポリマから作ることができる。また
、種々の製造プロセスのステップの順序を目的により変更することもできるし、
もっと簡単な構造体を製造するためにいくつかのプロセスのステップを省略する
こともできる。本明細書および実施形態は説明のためだけのものであって、本発
明の真の範囲および精神は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の絶縁ゲート真空電界効果デバイスの一部が断面になっている斜視図で
ある。
【図2a】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2b】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2c】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2d】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2e】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2f】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2g】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2h】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2i】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図2j】 好適な製造方法の種々の段階における上記デバイスの側断面図である。
【図3】 本発明の好適な製造方法のステップを示すフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/66 H01J 1/30 B (31)優先権主張番号 09/477,788 (32)優先日 平成11年12月31日(1999.12.31) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),CA,CN,J P,KR,SG

Claims (75)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空電界効果デバイスであって、 a)電子を放出するための放出チップを有する横形電界エミッタを備えるソー
    スを備えていて、前記真空電界効果デバイスが、さらに、 b)前記横形電界エミッタの前記放出チップから横方向に間隔をおいて設置さ
    れている導電性電極を備えるドレーンと、 c)少なくとも前記横形電界エミッタの前記放出チップと前記ドレーンとの間
    に位置する真空チャネル領域と、 d)ソースが放出したすべての電子が、前記少なくとも一つのゲートに到着す
    るのを防止するために、前記少なくとも一つのゲートと前記真空チャネル領域と
    の間に配置された第一絶縁層により真空チャネル領域から完全に分離している導
    電性材料を含む少なくとも一つの第一のゲートと、 e)前記ドレーンと前記ソースとの間にバイアス電圧を供給し、前記少なくと
    も一つの第一のゲートに制御信号を供給するためのターミナルを備えることを特
    徴とする真空電界効果デバイス。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、さらに、絶
    縁基板を備え、前記ソースの前記横形電界エミッタが前記絶縁基板に平行に設置
    されている真空電界効果デバイス。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記絶縁基
    板が、ガラス、セラミック、ガラス・セラミック、ダイヤモンド、石英、酸化ア
    ルミニウム、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸
    化ニッケル、プラスチック、ポリマ、ポリイミド、パリレン、ポリエチレン・テ
    レフタノール、およびこれらの混合物および組合せからなるリストの中のから選
    択した材料を含む真空電界効果デバイス。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第一の
    絶縁層が、ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸化アルミニウム、サファイヤ
    、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム・ストロンチウム、酸化チタ
    ン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化バリウム・チタン
    、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ストロンチウム・チタン、酸化
    ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化アルミニウム、ポリイミド、パ
    リレンまたはこれらの混合物および組合せからなるリストの中から選択した材料
    を含む真空電界効果デバイス。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第一の
    絶縁層が2と等しいか、または2より大きい誘電率を持つ材料を含む真空電界効
    果デバイス。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少なく
    とも一つのゲートが、前記横形電界エミッタの前記放出チップと少なくとも部分
    的に整合していて、前記真空チャネル領域と少なくとも部分的に重畳した状態で
    設置されている真空電界効果デバイス。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少なく
    とも一つのゲートが、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビス
    マス、導電性酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、ク
    ローム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよび
    タングステン)、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドー
    ピングした窒化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダ
    イヤモンド、黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリ
    ン)、シリコン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲル
    マニウム、および混合物、合金、およびこれらの組合せからなるリストの中から
    選択した導電性材料を含む真空電界効果デバイス。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記横形電
    界エミッタは、前記第一の絶縁層上に位置する薄膜導体を備える真空電界効果デ
    バイス。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の真空電界効果デバイスにおいて、さらに、前
    記薄膜導体上に位置する第二の絶縁層を備える真空電界効果デバイス。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第二
    の絶縁層が、ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸化アルミニウム、サファイ
    ヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム・ストロンチウム、酸化チ
    タン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化バリウム・チタ
    ン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ストロンチウム・チタン、酸
    化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化アルミニウム、ポリイミド、
    パリレンまたはこれらの混合物および組合せからなるリストの中から選択した材
    料を含む真空電界効果デバイス。
  11. 【請求項11】 請求項9記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第二
    の絶縁層が2と等しいか、または2より大きい誘電率を持つ材料を含む真空電界
    効果デバイス。
  12. 【請求項12】 請求項9記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第一
    および第二の絶縁層が同じ絶縁材料からなる真空電界効果デバイス。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、さらに、
    前記ソースが放出したすべての電子が、前記少なくとも一つの第二ゲートに到着
    するのを防止するために、前記少なくとも一つの第二のゲートと前記真空チャネ
    ル領域との間に配置された第三の絶縁層により前記真空チャネル領域から完全に
    分離している導電性材料を含む少なくとも一つの第二のゲートを備え、さらに、
    前記少なくとも一つの第二のゲートに制御信号を供給するためのターミナルを備
    える真空電界効果デバイス。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第二のゲートが、前記横形電界エミッタの前記放出チップと少な
    くとも部分的に整合していて、前記真空チャネル領域と少なくとも部分的に重畳
    した状態で設置されている真空電界効果デバイス。
  15. 【請求項15】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第二のゲートが、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジ
    ウム、ビスマス、導電性酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナ
    ジウム、クローム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タン
    タルおよびタングステン)、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホ
    ウ素、ドーピングした窒化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピ
    ングしたダイヤモンド、黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、または
    ナノコラリン)、シリコン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、非晶質、または単結
    晶)、ゲルマニウム、および混合物、合金、およびこれらの組合せからなるリス
    トの中から選択した導電性材料を含む真空電界効果デバイス。
  16. 【請求項16】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第二のゲートが、前記少なくとも一つの第一のゲートと部分的に
    整合している真空電界効果デバイス。
  17. 【請求項17】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第一のゲート、および前記少なくとも一つの第二のゲートが相互
    に整合していて、前記ソースを通る平面の周囲で相互に対称的に配置されている
    真空電界効果デバイス。
  18. 【請求項18】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第二のゲートが、第一の予め定めた間隔により前記ソースから垂
    直方向に離れている真空電界効果デバイス。
  19. 【請求項19】 請求項18記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第
    二の絶縁層の誘電率が20より小さいか、または等しい場合に、前記第一の予め
    定めた間隔が、約1ナノメートルと約1000ナノメートルの間の範囲内にあり
    、前記第二の絶縁層の誘電率が20より大きい場合に、前記間隔が、約10ナノ
    メートルと約5000ナノメートルの間の範囲内にある真空電界効果デバイス。
  20. 【請求項20】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第一のゲートが、第二の予め定めた間隔により前記ソースから垂
    直方向に離れている真空電界効果デバイス。
  21. 【請求項21】 請求項20記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第
    一の絶縁層の誘電率が20より小さいか、または等しい場合に、前記第二の予め
    定めた間隔が、約1ナノメートルと約1000ナノメートルの間の範囲内にあり
    、前記第一の絶縁層の誘電率が20より大きい場合には、前記第二の予め定めた
    間隔が、約10ナノメートルと約5000ナノメートルの間の範囲内にある真空
    電界効果デバイス。
  22. 【請求項22】 請求項20記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記少
    なくとも一つの第二のゲートが、前記第二の予め定めた間隔にほぼ等しい間隔に
    より前記ソースから垂直方向に離れている真空電界効果デバイス。
  23. 【請求項23】 請求項13記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第
    一および第二のゲートが電気的に共通であり、前記第一および第二の制御信号が
    、前記第一および第二のゲートに対して共通である真空電界効果デバイス。
  24. 【請求項24】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記ソー
    スが、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビスマス、導電性酸
    化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、クローム、ジルコ
    ニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングステン)
    、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドーピングした窒化
    ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダイヤモンド、黒
    鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリン)、シリコン
    (Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲルマニウム、およ
    び混合物、合金、およびこれらの組合せからなるリストの中から選択した導電性
    材料を含む真空電界効果デバイス。
  25. 【請求項25】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記ドレ
    ーンが、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、ビスマス、導電性
    酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム、クローム、ジル
    コニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングステン
    )、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドーピングした窒
    化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングしたダイヤモンド、
    黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコラリン)、シリコ
    ン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、ゲルマニウム、お
    よび混合物、合金、およびこれらの組合せからなるリストの中から選択した導電
    性材料を含む真空電界効果デバイス。
  26. 【請求項26】 請求項1記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記ドレ
    ーンが、約1ナノメートルから約1ミリの間隔で、前記横形電界エミッタの放出
    チップから横方向に離れている真空電界効果デバイス。
  27. 【請求項27】 真空電界効果デバイスであって、 a)絶縁基板と、 b)第一の絶縁層と、 c)前記絶縁基板に対して平行に配置されている前記第一の絶縁層上に位置す
    る薄膜導体を備え、電子を放出するための放出チップを有する横形電界エミッタ
    を備えるソースと、 d)前記横形電界エミッタの放出チップから横方向に離れていて、前記絶縁基
    板に対してほぼ垂直に配置されている導電性ドレーンと、 e)少なくとも前記横形電界エミッタの前記放出チップと前記導電性ドレーン
    との間に配置されていて、それにより、電子が、前記横形電界エミッタの放出チ
    ップから前記ドレーンへ自由に移動することができる真空チャネル領域と、 f)前記ソースから放出された電子が、前記第一および第二のゲートに到着す
    るのを防止するために、前記第一および第二のゲートと前記真空チャネル領域と
    の間に、それぞれ配置されている第二および第三の絶縁層により前記真空チャネ
    ル領域から完全に分離されている第一および第二のゲートと、 g)前記ドレーンと前記ソースとの間にバイアス電圧を供給し、前記第一およ
    び第二のゲートに、それぞれ、第一および第二の制御信号を供給するためのター
    ミナルとを備える真空電界効果デバイス。
  28. 【請求項28】 請求項27記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記絶
    縁基板が、絶縁表面層でカバーされた導電性ベース基板を備える真空電界効果デ
    バイス。
  29. 【請求項29】 請求項27記載の真空電界効果デバイスにおいて、前記第
    一および第二のゲートが、前記第一および第二のゲートに共通に、前記第一およ
    び第二の制御信号を供給するために電気的に共通である真空電界効果デバイス。
  30. 【請求項30】 超高周波真空ダイオード・デバイスであって、 a)絶縁基板と、 b)前記絶縁基板に対して平行に配置されていて、電子を放出するための放出
    チップを有する横形電界エミッタを備えるソースと、 c)前記横形電界エミッタの放出チップから横方向に離れていて、導電性電極
    を備えるドレーンと、 d)少なくとも前記横形電界エミッタの前記放出チップと前記ドレーンとの間
    に配置されている真空チャネル領域と、 e)前記ドレーンと前記ソースとの間に電圧信号を供給するためのターミナル
    とを備える超高周波真空ダイオード・デバイス。
  31. 【請求項31】 超高周波真空ダイオード・デバイスであって、 a)絶縁基板と、 b)第一の絶縁層と、 c)前記絶縁基板に対して平行に配置されていて、前記第一の絶縁層上に位置
    する薄膜導体を備え、電子を放出するための放出チップを有する横形電界エミッ
    タを備えるソースと、 d)前記横形電界エミッタの放出チップから約1ナノメートルと約1ミリの範
    囲の間隔で横方向に離れていて、前記絶縁基板に対してほぼ垂直に配置されてい
    る導電性ドレーンと、 e)少なくとも、前記横形電界エミッタの前記放出チップと前記導電性ドレー
    ンとの間に配置されていて、それにより、電子が、前記横形電界エミッタの放出
    チップから前記ドレーンへ自由に移動することができる真空チャネル領域と、 f)前記電子の流れを前記ソースから前記導電性ドレーンに直接流すために、
    前記ドレーンと前記ソースとの間に電圧信号を供給するためのターミナルとを備
    える超高周波真空ダイオード・デバイス。
  32. 【請求項32】 真空電界効果デバイスを製造するための方法であって、 a)絶縁基板を供給するステップと、 b)前記基板に平行に横形電界エミッタを蒸着することによってソースを形成
    するステップと、 c)前記ソースの前記横形電界エミッタ上に放出チップを形成するステップと
    、 d)電子を受け取るために、前記横形電界エミッタの前記放出チップから横方
    向に間隔をおいて設置されている導電性ドレーンを供給するステップと、 e)少なくとも前記横形電界エミッタの前記放出チップと前記ドレーンとの間
    に真空チャネル領域用の第一の開口部を形成するステップと、 f)前記放出チップに対して少なくとも一部が整合している状態で、また、第
    一の開口部と少なくとも一部が重畳状態で整合している状態で、少なくとも一つ
    の第一ゲートを配置するステップと、 g)密封真空チャネル・チャンバを形成するために、前記第一の開口部をほぼ
    カバーするステップと、 h)真空状態にするために、前記第一の開口部からすべてのガスを除去するス
    テップと、 i)真空チャネル・チャンバを密封するステップとを含む真空電界効果デバイ
    スを製造するための方法。
  33. 【請求項33】 請求項32記載の方法により製造した真空電界効果デバイ
    ス。
  34. 【請求項34】 請求項32記載の方法において、さらに、 j)前記ソースから放出された電子が、前記少なくとも一つの第一のゲートに
    到着するのを防止するために、前記少なくとも一つの第一のゲートと前記真空チ
    ャネル領域との間に第一の絶縁層を配置するステップを含み、その場合、前記少
    なくとも一つの第一のゲートが、前記第一の絶縁層により前記真空チャネル領域
    から完全に分離されている方法。
  35. 【請求項35】 請求項32記載の方法において、さらに、 k)前記ドレーンと前記ソースとの間にバイアス電圧を供給し、前記少なくと
    も一つの第一のゲートに制御信号を供給するためのターミナルを形成するステッ
    プを含む方法。
  36. 【請求項36】 請求項32記載の方法において、絶縁材料を供給するステ
    ップ(a)が、任意のレベルの導電性または半導電性を持つベース基板を供給し
    、前記ベース基板上に絶縁層を蒸着することにより実行される方法。
  37. 【請求項37】 請求項32記載の方法において、放出チップを形成するス
    テップ(c)と第一の開口部を形成するステップ(e)が一緒にほぼ同時に実行
    される方法。
  38. 【請求項38】 請求項37記載の方法において、さらに、少なくとも前記
    横形電界エミッタを貫通して指向性を持つエッチングを行う方法。
  39. 【請求項39】 請求項32記載の方法において、前記導電性ドレーンを供
    給するステップ(d)と前記真空チャネル・チャンバを密封するステップ(i)
    が一緒にほぼ同時に実行される方法。
  40. 【請求項40】 真空電界効果デバイスを製造するための方法であって、 a)絶縁基板を供給するステップと、 b)前記絶縁基板内に第一のトレンチを形成するステップと、 c)底部ゲートを形成するために、前記第一のトレンチを第一の導電性層で充
    填し、平らに均すステップと、 d)前記絶縁基板上、および前記底部ゲート用の前記第一の導電性層上に第一
    の絶縁層を蒸着するステップと、 e)前記基板に平行にソースを形成するために、第二の導電性層を蒸着し、パ
    ターン形成するステップと、 f)前記ソース層の上に第二の絶縁層を蒸着するステップと、 g)前記ソース層の放出チップを形成しながら真空チャネル領域用の第二のト
    レンチを形成して横方向フィールド・エミッター・ソースの形成を完了するステ
    ップと、 h)前記第二のトレンチを犠牲材料で充填し、平らに均すステップと、 i)前記犠牲材料の上を延びる第三の絶縁層を蒸着するステップと、 j)前記第三の絶縁層を貫通して前記犠牲材料に達するアクセス孔部を形成す
    るステップと、 k)ソース・ブァイアおよび底部ゲート・ブァイア用の開口部を形成するステ
    ップと、 l)前記アクセス孔部を通して前記犠牲材料を除去するステップと、 m)真空環境を供給するステップと、 n)前記真空チャネル領域を密封しながら、頂部ゲート、導電性ソース接点、
    底部ゲート接点、および導電性ドレーンを蒸着し、パターン形成し、それにより
    前記頂部ゲートが、前記絶縁層により前記真空チャネル領域から絶縁されるステ
    ップとを含む方法。
  41. 【請求項41】 請求項40記載の方法により製造した真空電界効果デバイ
    ス。
  42. 【請求項42】 請求項40記載の方法において、絶縁材料を供給するステ
    ップ(a)が、任意のレベルの導電性または半導電性を持つベース基板を供給し
    、前記ベース基板上に絶縁層を蒸着することにより実行される方法。
  43. 【請求項43】 請求項40記載の方法において、前記真空環境を供給する
    ステップ(m)が、約1トルより低いか、または等しい真空圧により実行される
    方法。
  44. 【請求項44】 請求項40記載の方法において、前記真空環境を供給する
    ステップ(m)および前記蒸着およびパターン形成ステップ(n)が一緒にほぼ
    同時に実行される方法。
  45. 【請求項45】 請求項40記載の方法において、前記絶縁基板を供給する
    ステップ(a)が、ガラス、セラミック、ガラス・セラミック、ダイヤモンド、
    石英、酸化アルミニウム、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アル
    ミニウム、酸化ニッケル、プラスチック、ポリマ、ポリイミド、パリレン、ポリ
    エチレン・テレフタノール、およびこれらの混合物および組合せからなるリスト
    の中のから選択した絶縁材料の基板を供給するステップを含む方法。
  46. 【請求項46】 請求項40記載の方法において、前記第一のトレンチを形
    成するステップ(b)が、前記絶縁基板ないに凹部をエッチングするステップを
    含む方法。
  47. 【請求項47】 請求項46記載の方法において、前記第一のトレンチを形
    成するステップ(b)が、イオンによる指向性エッチングを含む方法。
  48. 【請求項48】 請求項40記載の方法において、前記第一のトレンチを充
    填するステップ(c)が、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、パラジウム、
    ビスマス、導電性酸化物、導電性窒化物、耐火性遷移金属(チタン、バナジウム
    、クローム、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、ハフニウム、タンタルお
    よびタングステン)、耐火性炭化遷移金属、耐火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、
    ドーピングした窒化ホウ素、珪化遷移金属、導電性炭素(例えば、ドーピングし
    たダイヤモンド、黒鉛、無定型炭素、フラーレン、ナノチューブ、またはナノコ
    ラリン)、シリコン(Nタイプ、Pタイプ、多結晶、無定型、または単結晶)、
    ゲルマニウム、および混合物、合金、およびこれらの組合せからなるリストの中
    から選択した導電性材料により前記第一のトレンチを充填するステップを含む方
    法。
  49. 【請求項49】 請求項40記載の方法において、前記第一の絶縁層を蒸着
    するステップ(d)が、ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸化アルミニウム
    、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム・ストロンチウ
    ム、酸化チタン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化バリ
    ウム・チタン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ストロンチウム・
    チタン、酸化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化アルミニウム、ポ
    リイミド、パリレンまたはこれらの混合物および組合せからなるリストの中から
    選択した絶縁材料を蒸着するステップを含む方法。
  50. 【請求項50】 請求項40記載の方法において、前記第一の絶縁層を蒸着
    するステップ(d)が2と等しいか、または2より大きい誘電率を持つ絶縁材料
    を蒸着するステップを含む方法。
  51. 【請求項51】 請求項40記載の方法において、前記第二の導電性層を蒸
    着し、平らに均し、ソース層を形成するステップ(e)が、アルミニウム、銅、
    銀、金、プラチナ、パラジウム、ビスマス、導電性酸化物、導電性窒化物、耐火
    性遷移金属(チタン、バナジウム、クローム、ジルコニウム、ニオビウム、モリ
    ブデン、ハフニウム、タンタルおよびタングステン)、耐火性炭化遷移金属、耐
    火性窒化遷移金属、炭化ホウ素、ドーピングした窒化ホウ素、珪化遷移金属、導
    電性炭素(例えば、ドーピングしたダイヤモンド、黒鉛、無定型炭素、フラーレ
    ン、ナノチューブ、またはナノコラリン)、シリコン(Nタイプ、Pタイプ、多
    結晶、無定型、または単結晶)、ゲルマニウム、および混合物、合金、およびこ
    れらの組合せからなるリストの中から選択した導電性材料を蒸着するステップを
    含む方法。
  52. 【請求項52】 請求項40記載の方法において、前記第二の絶縁層を蒸着
    するステップ(f)が、ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸化アルミニウム
    、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム・ストロンチウ
    ム、酸化チタン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化バリ
    ウム・チタン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ストロンチウム・
    チタン、酸化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化アルミニウム、ポ
    リイミド、パリレンまたはこれらの混合物および組合せからなるリストの中から
    選択した絶縁材料を蒸着するステップを含む方法。
  53. 【請求項53】 請求項40記載の方法において、前記第二の絶縁層を蒸着
    するステップ(f)が2と等しいか、または2より大きい誘電率を持つ絶縁材料
    を蒸着するステップを含む方法。
  54. 【請求項54】 請求項40記載の方法において、前記第二のトレンチを形
    成するステップ、および放出チップを形成するステップ(g)がイオンによる指
    向性エッチングを含む方法。
  55. 【請求項55】 請求項54記載の方法において、前記第二のトレンチを形
    成するステップ、および放出チップを形成するステップ(g)が、さらに、プラ
    ズマ・エッチングを含む方法。
  56. 【請求項56】 請求項54記載の方法において、前記第二のトレンチを形
    成するステップ、および放出チップを形成するステップ(g)が、さらに、湿式
    エッチングを含む方法。
  57. 【請求項57】 請求項40記載の方法において、前記第二のトレンチを充
    填し、平らに均すステップ(h)が、前記第二のトレンチを有機犠牲材料で充填
    するステップを含む方法。
  58. 【請求項58】 請求項40記載の方法において、前記第二のトレンチを充
    填し、平らに均すステップ(h)が、前記第二のトレンチをパリレン、ホトレジ
    スト、ワックス、二酸化シリコンからなるリストの中から選択した犠牲材料で充
    填するステップを含む方法。
  59. 【請求項59】 請求項40記載の方法において、前記第三の絶縁層蒸着ス
    テップ(i)が、無機絶縁材料を蒸着するステップを含む方法。
  60. 【請求項60】 請求項40記載の方法において、前記第三の絶縁層を蒸着
    するステップ(i)が、ガラス、ガラス・セラミック、石英、酸化アルミニウム
    、サファイヤ、酸化シリコン、窒化シリコン、チタン酸バリウム・ストロンチウ
    ム、酸化チタン、酸化サマリウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化バリ
    ウム・チタン、酸化バリウム・タンタル、酸化鉛チタン、酸化ストロンチウム・
    チタン、酸化ストロンチウム(ジルコニウム、チタン)、窒化アルミニウム、ポ
    リイミド、パリレンまたはこれらの混合物および組合せからなるリストの中から
    選択した絶縁材料蒸着ステップを含む方法。
  61. 【請求項61】 請求項40記載の方法において、前記第三の絶縁層蒸着ス
    テップ(i)が2と等しいか、または2より大きい誘電率を持つ絶縁材料を蒸着
    するステップを含む方法。
  62. 【請求項62】 請求項40記載の方法において、前記アクセス孔部を形成
    するステップ(j)が、前記第三の絶縁層を貫通して少なくとも前記犠牲材料に
    達する反応性イオンエッチングを含む方法。
  63. 【請求項63】 請求項40記載の方法において、前記犠牲材料を除去する
    ステップ(l)が、前記アクセス孔部を貫通する酸素プラズマ・エッチングを含
    む方法。
  64. 【請求項64】 請求項40記載の方法において、前記犠牲材料を除去する
    ステップ(l)が、溶媒で前記犠牲材料を溶かすステップを含む方法。
  65. 【請求項65】 請求項40記載の方法において、前記犠牲材料を除去する
    ステップ(l)が、前記アクセス孔部を貫通して湿式化学エッチングを含む方法
  66. 【請求項66】 請求項40記載の方法において、前記真空環境を供給する
    ステップ(m)が、約1トルより低いか、または等しい真空圧を供給するステッ
    プを含む方法。
  67. 【請求項67】 請求項40記載の方法において、前記蒸着および密封を行
    うステップ(n)が、 o)頂部ゲートを蒸着し、パターン形成するステップと、 p)導電性ソース接点を蒸着し、パターン形成するステップと、 q)底部ゲート接点を蒸着し、パターン形成するステップと、 r)導電性ドレーンを蒸着し、パターン形成するステップと、 s)前記真空チャネル領域を密封するステップとを含む方法。
  68. 【請求項68】 請求項40記載の方法において、前記蒸着および密封を行
    うステップ(n)が、 t)前記ソース層の放出チップから横方向に間隔を前記導電性ドレーンを蒸着
    するステップを含む方法。
  69. 【請求項69】 請求項40記載の方法において、さらに、前記デバイス上
    に、不動態層を蒸着するステップを含む方法。
  70. 【請求項70】 請求項40記載の方法において、さらに、ブァイア開口部
    を形成し、ターミナル冶金を蒸着し、パターン形成するステップを含む方法。
  71. 【請求項71】 超高周波真空ダイオード・デバイスの製造方法であって、 a)絶縁基板を供給するステップと、 b)前記基板に平行に横形電界エミッタを蒸着することによって、ソースを形
    成するステップと、 c)前記ソースの前記横形電界エミッタ上に放出チップを形成するステップと
    、 d)電子を受け取るために、前記横形電界エミッタの前記放出チップから横方
    向に間隔をおいて設置されている導電性ドレーンを形成するステップと、 e)少なくとも前記横形電界エミッタの前記放出チップと真空チャネル領域用
    の前記ドレーンとの間に第一の開口部を形成するステップと、 f)密封真空チャネル・チャンバを形成するために、前記第一の開口部をほぼ
    カバーするステップと、 g)前記第一の開口部を真空にするステップと、 h)前記真空チャネル・チャンバを密封するステップとを含む方法。
  72. 【請求項72】 請求項71記載の方法において、絶縁材料を供給するステ
    ップ(a)が、任意のレベルの導電性または半導電性を持つベース基板を供給し
    、前記ベース基板上に絶縁層を蒸着することにより実行される方法。
  73. 【請求項73】 超高周波真空ダイオード・デバイスの製造方法であって、 a)絶縁基板を供給するステップと、 b)前記絶縁基板上に第一の絶縁層を蒸着するステップと、 c)前記基板に平行にソース層を形成するために、第一の導電性層を蒸着し、
    平らに均すステップと、 d)蒸着ソース層の上に第二の絶縁層を蒸着するステップと、 e)前記ソース層の放出チップを形成しながら、真空チャネル領域用のトレン
    チを形成し、それにより、横形電界エミッタ・ソースの形成を完了するステップ
    と、 f)前記トレンチを犠牲材料で充填し、平らに均すステップと、 g)前記犠牲材料の上を延びる第三の絶縁層を蒸着するステップと、 h)前記第三の絶縁層を貫通して前記犠牲材料に達するアクセス孔部を形成す
    るステップと、 i)ソース・ブァイア用の開口部を形成するステップと、 j)前記アクセス孔部を通して前記犠牲材料を除去するステップと、 k)真空環境を供給するステップと、 l)前記真空チャネル領域を密封しながら、導電性ソース接点、および導電性
    ドレーンを蒸着し、パターン形成するステップとを含む方法。
  74. 【請求項74】 請求項73の方法により作られた真空電界効果デバイス。
  75. 【請求項75】 請求項73記載の方法において、絶縁基板を供給するステ
    ップ(a)が、任意のレベルの導電性または半導電性を持つベース基板を供給し
    、前記ベース基板上に絶縁層を蒸着することにより実行される方法。
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