JP2004221079A - 放出物の小さなスポットサイズを得るためのワイドレンズを備える電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出の効率を高めると共に、電子放出器のウエル内に先端放出器を形成することを簡素化すること。
【解決手段】本発明の電子デバイスは、基板(8)内に画定されたウエル(12)内に形成される先端放出器(10)を含む。ウエルの周りに配置された抽出器(14)が、先端放出器(10)から放出物を抽出する。ワイドレンズ(16)がその開口部を通じて放出物を集束する。開口部は、放出物の広がり角の大部分を網羅するように十分に大きく、かつ十分遠くに離間されて配置される。放出物は、スポットへと集束される。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロエレクトロニクスの分野に属する。特に、本発明は、放出器（emitter：エミッタ）からの集束された放出物を利用するデバイスに関する。

コンピューティング技術は、より多くの能力を提供しながら、価格は下がり続けている。携帯性の目的を満たすために、物理的な寸法は縮小している。ポータブル電源、たとえば電池を必要とするポータブル装置では、特に消費電力が最小限に抑えられなければならない。

従来のメモリ装置、たとえばハードディスクドライブの大きい電力要件により、長期間の電池動作が制限される。マイクロプロセッサは、そのような補助装置と比べて、電力の消費量が少ない。また、より高速の装置も望まれる。マイクロプロセッサの進歩する速度に遅れないために、数例を挙げると、ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤドライブのような大容量記憶装置の無能力についての批判の声が業界紙にあがっている。

電子ビームを生成する電子放出器は、メモリ、電子チップ製造装置および他の装置に対する代替の実現可能な解決策の基礎を提供する。電子ビーム技術は、テレビ（ＴＶ）の受像管およびコンピュータモニタのような民生用製品において長年にわたって提供されている。これらの装置は、視認画面上に向けられ、かつその上に集束される電子源を生成するために、熱陰極電極として知られるものを用いる。これらの熱陰極放出器は、それらの大きなサイズ、高い温度および高い消費電力に起因して、コンピュータ規模の装置には不向きである。その動向は、テレビの場合であっても、よりコンパクトな解決手段に向かっている。プラズマテレビおよびＬＣＤテレビは、かさばる熱陰極技術から遠ざかる動向の例である。

多くの新たな技術分野において研究が行われているが、先端放出器およびフラット放出器のような冷陰極電子放出器の分野は、多くの製造業者の注目を集めている。この冷陰極技術を製品に転換する際にはいくつかの問題がある。係る問題の１つは、大容量記憶装置の場合のような高密度の放出素子を必要とする多数の用途において使用され得る電子集束構造を形成することである。

典型的な先端放出器またはフラット放出器駆動のメモリ装置は、放出器からの電子放出を制御された状態で利用することに基づく。放出器は、電気信号に応答して電子を放出する。制御された放出は、有用な電気的および光学的な効果を生み出すための基礎を形成する。集束された放出物は、種々の媒体に影響を及ぼし、たとえばメモリおよびリソグラフィ効果を生成することができる。これらの応用形態および他の応用形態では、制御され、かつ集束された電子ビームを利用する必要がある。そのようなビームを生成することは、放出器および集束構造、典型的には静電レンズを製作することを含む。

種々の放出器駆動の装置は、ターゲット陽極媒体を利用する。ターゲット陽極媒体は、制御された放出のための集束点である。ターゲット陽極媒体は、放出器／陰極構造体から数百ボルトの電位差に保持される。位置合わせおよび集束長は、放出器駆動のデバイスにおいて重要な問題である。放出器チップ上にレンズを製作するためには、放出器および集束素子を正確に位置合わせする必要がある。位置合わせを達成するために、微細加工される放出器のための標準的な技術は、単一の自己整列式の光学ステップにおいてレンズおよび放出器構造全体を形成することである。これは、良好なレンズ／放出器の位置合わせを達成するが、放出器からレンズの距離を固定し、レンズの厚みも制限する。一般的に、抽出器からレンズまでの距離は、ウエル内に形成される先端放出器から抽出器までの距離と同じである。したがって、集束長は、放出器／集束レンズチップにおける種々の金属層の分離によって与えられるだけの短い距離に制限される。

単一の自己整列式の光学ステッププロセスはさらに、レンズの直径をウエルの直径に設定する。なぜなら、いずれも同じエッチングから形成されるからである。抽出器およびレンズのサイズが共通であることと、それらの相対的な位置とに起因して、放出器からの放出ビームの広がり角はレンズよりも広くなる。これは、放出物から正確に集束されたスポットを生成するための能力に悪影響を及ぼす。メモリの密度を高めるためには、正確に集束されたスポットサイズ、たとえば３５ｎｍ未満のスポットサイズが望ましく、科学機器またはリソグラフィツールのためには、広がりの狭いビームが望ましい。いくつかの従来の装置は、アパーチャを用いて漂遊放出物のかなりの量を遮断することより、約４０ｎｍのスポットサイズを達成している。したがって、集束されたスポットを生成するために用いられる電子放出物のパーセンテージによって測定されるような効率は低い。スポットサイズを縮小するためにかなりの量をアパーチャで遮断することにより、放出効率は１００分の１ないし１０，０００分の１まで低下する可能性がある。スポットサイズを縮小するための他の手法は、多数のレンズおよび高い加速電圧を利用することを含む。高い電圧は消費電力と相反し、特定のポータブル装置では利用できない場合もある。複合レンズの形成は、製造コストを引き上げる可能性があり、大量生産工程において実施するのが難しい場合もある。

また、先端放出器を収容する従来のウエルは深い。標準的な小型レンズのサイズは、先端／放出器とレンズとの間の極めて正確な位置合わせ（〜０．０４μｍ）を必要とする。上述のように、１回のエッチングでウエルおよびレンズを作成し、位置合わせを達成するので、ウエルのアスペクト比は一般的に高く、約２：１（深さ対直径）である。放出器先端部を形成する間に、ウエルの内部がコーティングされるのを避けようとする場合、深いウエル内に先端放出器を堆積することはさらに難しくなるので、これにより処理が複雑になる。これは、より精巧な生産設備、たとえば大型の蒸発装置を必要とする可能性もある。また、深いウエルによって、放出器先端部の品質が劣悪になり、歩留まりが低下する可能性もある。

本発明の電子デバイスは、基板内に画定されたウエル内に形成される先端放出器を含む。ウエルの周りに配置された抽出器が、先端放出器から放出物を抽出する。ワイドレンズがその開口部を通じて放出物を集束する。開口部は、放出物の広がり角の大部分を網羅するように十分に大きく、かつ十分遠くに離間されて配置される。放出物は、スポットへと集束される。

本発明によれば、別個に形成された集束レンズを用いることにより、レンズの相対的なサイズが、抽出器／先端部のウエルのサイズとは無関係に決定されることが可能になる。別個に形成された集束レンズは、抽出器から所望の距離に配置されることができ、たとえば、それは厚い誘電体上に形成されて、抽出器から離すことができる。放出器およびそのウエルが最初に形成されるので、小さなアスペクト比を用いて、そのウエル内に先端放出器を形成することを簡素化することが可能になる。

本発明の電子デバイスは、放出器素子が形成された後に、放出器素子の抽出器上に構造体として形成される集束レンズで実現される。そのレンズは、発散する電子を網羅するために抽出器よりもかなり大きく形成される。また、そのレンズは、従来の装置に比べて電子の飛行経路を長くし、かつ単一のレンズによって小さな集束スポットサイズを達成できるようにするために、抽出器からかなり離れた距離に離隔して配置される。実施形態によっては、アパーチャは使用されない場合もある。代替の実施形態では、抽出器においてアパーチャを用いることにより、さらにスポットサイズを縮小する。本発明による別個に形成された集束レンズを用いることにより、レンズの相対的なサイズが、抽出器／先端部のウエルのサイズとは無関係に決定されることが可能になる。別個に形成された集束レンズは、抽出器から所望の距離に配置されることができ、たとえば、それは厚い誘電体上に形成されて、抽出器から離すことができる。放出器およびそのウエルが最初に形成されるので、小さなアスペクト比を用いて、そのウエル内に先端放出器を形成することを簡素化することができる。

本発明の好ましい電子デバイスは、先端放出器から間隔をおいて配置される集束レンズを含む。間隔をおいて配置されるレンズが放出器とは別個に形成され、ウエルが独立して画定されることができるので、好ましい実施形態では、放出器ウエルの深さ対直径のアスペクト比は、概ね０．７５：１〜１．２５：１の範囲内にすることができる。本発明の実施形態では、レンズは、放出物の広がり角の大部分を網羅するほど十分に遠く離れ、かつ十分に大きく、特に好ましい実施形態では、放出物の広がり角全体が網羅される。好ましい実施形態は、レンズの直径と、レンズが抽出器から間隔をおいて配置される距離との比が１：１〜６：１の関係を有する。

ここで、本発明は、好ましい実施形態の電子デバイス、および好ましい実施形態の電子デバイスを組み込む典型的な装置に関して明らかにされる。本発明を説明する際に、例示のために、特に代表的なデバイス、形成プロセスおよびデバイスの応用形態が使用される。寸法および図示されたデバイスは、例示と本発明の理解のために誇張される場合もある。図面の構成要素は互いに対して必ずしも一定の縮尺で描かれていない。むしろ、その代わりに、本発明を明瞭に例示することに重点が置かれている。さらに、いくつかの図面を通して、類似の参照番号は、必ずしも全く同じ部品ではないが、対応する類似の部品を示す。２次元の概略的な層構造によって従来どおりに例示される１つの電子デバイスは、３次元の電子デバイス構造の教示を提供することは当業者には理解されよう。従来の集積回路製造装置を用いて、本発明のデバイスを形成し、プロセスを実行できることも、当業者には理解されよう。

図１は本発明の電子デバイスを示す。基板８は、ウエル１２内に先端放出器１０、たとえばスピント（Spindt）先端構造体を含む。基板８は、さらなる放出器を含むこともでき、制御電子回路、電源等を含む集積化されたデバイスの一部を形成する場合もある。放出器１０は抽出器１４の制御下で電子を放出する。電子の飛行経路は、大きく、かつ距離的に離れた静電レンズ１６がその放出物を集束する前に、かなりの長さＬ１（〜２から〜１０μｍ）を有する。レンズ１６は、先端放出器１０からの放出物の広がり角の少なくとも大部分を網羅するほど十分に大きく、かつレンズ１６が媒体１８上に放出物を正確なスポットに集束できるほど十分に離れている。好ましい実施形態では、ターゲット媒体１８は、たとえばターゲット媒体１８に付着されるマイクロムーバ１９によって、レンズ／抽出器／放出器構造に対して移動することができる。マイクロムーバ１９はステータとして働き、ターゲット媒体１８はロータとして働く。典型的なマイクロムーバは、たとえば、ばね、ピエゾ、ねじおよび櫛型マイクロムーバセンブリを含む。代案として、ムーバはレンズ／抽出器／放出器構造に付着される場合もある。

ターゲット媒体１８は、種々のタイプのデバイスを形成するように選択され得る。たとえば、ターゲット媒体１８は、相変化材料を利用するメモリ媒体とすることができ、その典型的な材料はＩｎ_２Ｓｅ_３である。他の相変化材料も当業者には知られている。別の可能性はリソグラフィ用途であり、その場合、ターゲット媒体のために、電子ビームレジスト材料、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が適しており、ターゲット媒体は電子ビームレジスト材料をコーティングされたウェーハからなる。ターゲット媒体１８は、それに向かう電子放出物の加速を支援するように、ある電圧、たとえば７００Ｖに保持される。

好ましくは、レンズの開口部は、先端放出器１０からの放出物の広がり角全体を網羅する。〜３から〜１０μｍの範囲内の直径Ｄ_Ｌが適している。Ｄ_Ｌ対Ｌ１の比は、１：１以上から６：１までの範囲に入ることができる。媒体１８は、放出物の集束点において距離Ｌ２、たとえば１から１０μｍにある。放出物の広がり角が完全に網羅されるとき、１００％の放出効率を実現することができる。さらに、媒体１８から十分に離れるように間隔をおいて配置されるワイドレンズは、〜３５ｎｍ以下の、より好ましくは〜１０ｎｍ未満までの非常に小さなスポットサイズを達成することができる。

レンズ１６は、放出器１０および抽出器が形成された後に、放出器／抽出器構造上に形成される。電子供給層２２（図２）、抽出器１４およびレンズ１６のために適した材料は、使用されている製造工程および使用される他の材料に適用できる任意の導体を含む。好ましい導体は、ＴｉＮ、Ａｕ、ＡｌおよびＴａを含む。厚い誘電体層２０が距離Ｌ１を実現する。低応力の誘電体２０を層２０のために用いることができる。好ましい例は、ＴＥＯＳ（シリコン酸化物）、ＳｉＮおよびＳｉＣを含む。

ここで図２を参照すると、先端放出器１０がそのウエル１２内に示される。適切な典型的な先端放出器は、Ｍｏ、Ｎｂ、ＮｂＣおよびＰｔから形成された先端放出器を含む。放出器／抽出器構造はレンズとは別個に形成されるので、深いウエルを避けることができる。ウエル１２は、概ね０．７５：１〜１．２５：１の範囲内にある深さ（Ｌ３）対直径（直径Ｄ_Ｅ）比を有し、１：１であることが好ましい。浅いウエル、たとえば直径が〜０．３μｍから〜０．５μｍ、深さが〜０．４から〜０．６μｍのウエル内に先端放出器１０を形成することにより、レンズ開口部とともに単一のステップにおいて放出器ウエルをエッチングする自己調整式形成プロセスから結果として生じる一般的な２：１のアスペクト比のウエルを用いるプロセスに比べて、製造歩留まりが高くなるであろう。浅いウエルの場合、先端部の形成中にウエルの壁面を覆う先端部材料は少なくなる傾向がある。図１および図２による典型的な好ましい実施形態は、Ｄ_Ｌ〜７．５μｍ、Ｄ_Ｅ〜０．５μｍ、Ｌ１〜５μｍ、Ｌ２〜３μｍおよびＬ３〜０．４μｍのパラメータを有する。電子供給金属層２２および抽出器金属層１４は〜０．１μｍである。誘電体層２４は電子供給金属層２２および抽出器金属層１４を分離する。

放出器／抽出器／レンズ構造は、半導体デバイス技術を用いて製造されることが好ましい。本発明のデバイスは、広範にわたる半導体デバイス技術に適用可能であり、種々の半導体材料から製造され得る。好ましいデバイスは、シリコン材料系において実施され得る。また、III−Ｖ族の材料を用いることもできる。したがって、本発明は、それらのデバイスがシリコン半導体材料で製造されることに限定されることを意図しているわけではなく、それらのデバイスが、当業者に入手可能な半導体材料および技術のうちの１つまたは複数のもので製造されることを含む。本発明を限定する意図はないが、別の例は、ポリシリコン・オン・ガラス基板を用いる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術である。

図２には、放出物の広がり角θが示される。前述のように、レンズ１６は、放出物の広がり角θ全体を網羅するのに十分に大きいことが好ましい。広がり角が小さくなると、より小さなスポットサイズを得ることができるようになるであろう。

図３を参照すると、レンズの開口部の縁部付近に生成される領域は、電子を集束しないであろう。本発明の場合、大きな直径のレンズが集束を実現し、たとえば、少なくとも〜３５ｎｍ程度小さく、好ましくは〜１０ｎｍまで最適化されたスポットサイズを可能にする。レンズ１６の縁部領域からさらに放出物を移動させることにより、レンズの縁部付近の電子飛行経路から生じる集束されない逸脱した放出物が、低減または除去されるであろう。

多少の電子放出効率は失われるが、本発明の代替の実施形態は、抽出器１４上にアパーチャ２６を追加することにより、広がりの角度を狭くする（図４を参照）。アパーチャ２６は、アパーチャの開口部によって許容される広がりの角度を越える放出物を遮断するのに適した金属または任意の他の材料とすることができる。アパーチャ材料は、融点が高い良好な導体とすべきである。典型的な好ましい材料は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂおよびこれらの材料の炭化物を含む。

アパーチャ２６を形成するための好ましい方法は、図５に示されるような、完成した抽出器層上での低角度堆積である。たとえば、スパッタターゲット３０が、法線から５０°〜８５°、たとえば７５°の角度に設定される。堆積角度は低く、放出器／抽出器基板は堆積中にターゲット３０に対して回転しており、ウエルの開口部の全ての側面が均一にコーティングされる。

スポットサイズを改善するための別の代替の実施形態が図６に示される。この実施形態は、コリメートレンズとして従来のレンズ３２を含む。レンズ３２は、図７に示されており、抽出器１４上に形成された誘電体３４の上に形成される。レンズ３２からの放出物は、中央に向かって、すなわち、レンズ３２から十分な距離に間隔をおいて配置されるワイドレンズ１６の最も強い集束部分に向かってコリメートされる。図６および図７の実施形態の放出効率は、大きく（ワイドで）、かつ離れたレンズ１６を持たないデバイスの場合のように、抽出器の近くにあるレンズ３２が成し遂げるような、従来の放出器素子の範囲内にあるであろう。しかしながら、図６および図７の実施形態は、図１の実施形態よりも小さな最適化されたスポットサイズを達成し、改善された空間安定性を有するであろう。最初にレンズまたはアパーチャを利用することに起因する出力の低下は、単一の放出器の代わりに放出器のアレイを用いることにより、すなわち大きく、かつ離れた各レンズ１６が放出器１０のアレイから出力を受け取ることにより対処され得る。

このタイプの実施形態の放出器１０、抽出器１４および初期レンズ３２の部分が、図８に示される。各放出器は放出パターン３６にコリメートされ、複数の放出パターンが、大きく、かつ離れたレンズ１６によって１つのスポットに集束される。

上述の好ましい実施形態は、集束された電子放出ビームのスポットサイズを縮小するための全般的な方法を示す。図９を参照すると、スポットサイズを縮小する方法および本発明の電子デバイスを形成する方法が示される。先端放出器が、好ましくは浅いアスペクト比のウエル内に形成される（ステップ４０）。独立したステップとして、または放出器形成の一部として、先端放出器の周りに抽出器層が形成される（ステップ４２）。必要に応じて、アパーチャ、およびレンズまたはレンズ構造が、抽出器の上に、たとえば、レンズを形成するための自己整列式形成プロセスの一部として形成されてもよい（ステップ４４）。別の例としては、アパーチャ形成は、図５に関して説明されたような低角度堆積プロセスによって実行されることが好ましい。その後、大きく、かつ離れたレンズが、上述の直径および間隔にしたがって、抽出器／先端部／ウエル形成とは別個のプロセスステップにおいて形成される（ステップ４６）。大きく、かつ離れたレンズの直径および距離は、任意のアパーチャおよび初期レンズとともに、スポットサイズおよびパワーに影響を及ぼし、スポットサイズがこれらのパラメータのうちの任意のパラメータを調整することにより最適化され得る（ステップ４８）。最適化は、たとえば、プロトタイプのデバイスのモデルを作成して検査し（ステップ５０）、複数のパラメータのうちの種々のパラメータを調整すること（ステップ５２）を含むことができる。放出効率およびスポットサイズの競合する目標は、このプロセス中にバランスをとられることができる。レンズ１６の直径は、理論的には任意の大きさで形成され得るが、その直径には、レンズの直径を増加すると、単位面積当たりのレンズ／放出器素子構造の数に影響を与えるという事実を含む実用上の限界がある。さらに、レンズを動作させるために必要とされる電圧は、開口部が大きくなる場合に増加する。その後、用途に特有の従来のステップにしたがって、デバイスが完成する（ステップ５４）。少なくとも、ターゲット媒体１８が集束される放出点に配置される。媒体のタイプおよび追加ステップの数は、特定の用途に依存する。さらに、図９の任意のステップが、やはり他の全く同様の構造を形成する（複製する）プロセスの一部として実行され得る。また、複数のステップが、半導体デバイスの集積プロセスの一部として実行されることができ、たとえば、抽出器およびレンズ構造は、大規模集積形成プロセスの一部とすることができる。

本発明による電子デバイスの特定の用途では、種々のターゲット媒体が使用される。ターゲット媒体１８は、種々のタイプのデバイスを形成するように選択され得る。ターゲット媒体と集束された放出物との間の相対的な動きが、たとえば、ターゲット媒体に、またはワイドレンズ／放出器構造にマイクロムーバを付着することにより生じる。ターゲット媒体１８は、相変化材料を利用するメモリ媒体とすることができ、その典型的な材料はＩｎ_２Ｓｅ_３である。他の相変化材料は、当業者には知られている。リソグラフィ用途の場合、電子ビームレジスト材料には、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が適している。ここで、いくつかの好ましい実施形態の応用形態を説明するが、本発明をその特定の応用形態に限定することは意図されていない。

図１０Ａおよび図１０Ｂには、好ましいメモリ装置が示される。その実施形態は、概して、放出器および対応するレンズのアレイとして繰り返された図１の構造を有する。具体的には、そのメモリ装置は、放出器基板６２上のウエル内に形成された複数の集積先端放出器６０を含む。基板６２は、大きく、かつ離れた集束レンズ６８を有する集束アレイ６６から誘電体６４の分だけ間隔をおいて配置された複数のより小さな集積放出器６０を含む集積回路（ＩＣ）を含むことが好ましい。各集束レンズ６８は、記録表面、すなわち媒体７２に影響を及ぼすために用いられる集束されたビーム７０を制御可能に放出することができる。媒体７２は、集束アレイ基板６６の集束レンズ６８に対して媒体７２を位置決めするムーバ７４に付着される。ムーバ７４は、内部に集積化されたリーダ回路７６を有することが好ましい。リーダ７６は、媒体７２への第１のオーミックコンタクト８０と、ムーバ７４、好ましくは半導体または導体基板への第２のオーミックコンタクト８２とを形成する増幅器７８として示される。ムーバ７４は、ステータ基板９２と相互作用するロータ基板であり、ステータ基板９２は、ステータ９２に対してムーバ基板７４を位置決めするための対向する電極（ムーバ基板７４上の対応する電極に対する）を含む。集束されたビーム７０が媒体７２に衝突するとき、その集束されたビームの電流密度が十分に高い場合には、媒体７２が相変化し、影響を受けた媒体領域８４が形成される。電流密度の低い集束されたビーム７０が媒体７２の表面に加えられるとき、増幅器７８によって種々の量の電流が検出され、リーダ出力が生成される。こうして、放出器６０からのエネルギーで媒体７２に影響を及ぼすことにより、媒体の構造的な相変化特性を用いて、その媒体に情報が格納される。典型的な相変化材料はＩｎ_２Ｓｅ_３である。好ましいリソグラフィ装置は、図１０Ａの場合と同じ全体構造を有するが、リーダ回路は省略され、相変化材料の代わりに、リソグラフィパターニングのために準備される１つまたは複数のウェーハが用いられる。

図１１は、別の好ましいリソグラフィ装置を示しており、複数の結合された放出器チップおよび集束アレイが電子ビーム発生器アレイ９４を形成し、ウェーハ９６がターゲット媒体として働く。各電子ビーム発生器アレイ９４はその上に、ウェーハ９６の正確な領域上にビームのアレイを位置決めするためのマイクロムーバまたはナノマニピュレータを有する。その際、ウェーハ９６はアレイ９４の下側に位置決めされることができ、いくつかのパターンが書き込まれることを可能にする。代替の形態は、放出器アレイを、ウェーハ全体と同程度の大きさのものにそれぞれ作用するのに十分な大きさにし、その下にあるウェーハを最大で６枚（またはそれ以上）処理することである。別の例は、多数のウェーハを同時に処理するために共通の動作を有する多数のアレイを用いて、各ウェーハに同じパターンを書き込むことである。

図１２は、数例を挙げると、コンピュータ、テレビゲーム、インターネット機器、端末、ＭＰ３プレーヤまたはパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）のようなコンピュータ装置１１０の典型的なブロック図である。コンピュータ装置１１０は、インテル・ペンティアム（Ｒ）プロセッサまたは互換性のあるプロセッサのようなマイクロプロセッサ１１２を含むが、他のプロセッサもあり、当業者には知られている。マイクロプロセッサ１１２は、データ、および／または入力／出力機能を制御するためにマイクロプロセッサ１１２によって使用されるコンピュータ実行可能コマンドを保持することができるコンピュータ読取り可能メモリを含むメモリデバイス１１４に接続される。メモリ１１４は、マイクロプロセッサ１１２によって処理されるデータも格納することができる。また、マイクロプロセッサ１１２は、記憶装置１１８または表示装置１１６のいずれか、または両方に接続される。記憶装置は、本発明の大きく、かつ離れたレンズ構造で集束される放出装置を示す前述の図面および説明において例示されるような、本発明の実施形態を含む。本発明の放出器デバイスは、マイクロプロセッサ１１２およびメモリデバイス１１４と共通の基板上に集積化されることが好ましい。

本発明の特定の実施形態が図示および説明されたが、他の修正形態、置換形態、代替形態が当業者には明らかであることは理解されたい。そのような修正形態、置換形態、代替形態は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである本発明の思想および範囲から逸脱することなく行うことができる。

本発明の種々の特徴は添付の特許請求の範囲に記載される。

好ましい実施形態の電子デバイスの概略的な側断面図である。 図１の電子デバイスからの放出器およびウエルの概略的な側断面図である。 レンズ開口部の縁部付近にある逸脱した領域に起因する集束の影響を示す、図１のタイプの好ましい実施形態の概略的な側断面図である。 図１の電子デバイスで利用可能なアパーチャを有する、好ましい実施形態の放出器およびウエルの概略的な側断面図である。 図４のアパーチャを形成するための好ましい方法を示す概略的な側断面図である。 好ましい実施形態の電子デバイスの概略的な側断面図である。 図６の電子デバイスからの放出器およびウエルの概略的な側断面図である。 図６の電子デバイスにおいて利用可能な代替の実施形態の放出器およびウエルアレイの概略的な側断面図である。 電子デバイスを形成する好ましい方法、および最適化によってスポットサイズを縮小する好ましい方法を示す流れ図である。 本発明の好ましいメモリ装置を示す概略的な斜視図である。 図１０Ａのメモリ装置用の好ましい実施形態のリーダ回路を示す図である。 本発明の好ましい実施形態のリソグラフィ装置を示す概略的なブロック図である。 本発明の好ましい実施形態のコンピュータ装置を示すブロック図である。

符号の説明

8 基板
10 先端放出器
12 ウエル
14 抽出器
16 レンズ
18 ターゲット媒体
19 ムーバ
22 電子供給層
24 誘電体層
26 アパーチャ

Claims (20)

1. 電子デバイスであって、
   基板（８）と、
   前記基板内に画定されたウエル（１２）と、
   前記ウエル内に形成された先端放出器（１０）と、
   前記ウエルの周囲に配置され、前記先端放出器からの放出物を抽出するための抽出器（１４）と、および
   開口部を通じて前記放出物を集束するためのワイドレンズ（１６）とを含み、前記開口部が前記ワイドレンズ内に画定され、前記開口部が十分に大きな直径を有し、かつ前記抽出器から十分に遠く離なれるように間隔をおいて配置され、前記十分に大きな直径が前記放出物の広がり角の大部分を網羅し、前記放出物が前記ワイドレンズによってスポットに集束されるようになっている、電子デバイス。
2. 前記ワイドレンズからある距離だけ離れて配置され、前記集束された放出物を受け取るためのターゲット媒体（１８、７２、９６）をさらに含む、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記十分に大きな直径が前記放出物の広がり角全体を網羅する、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記十分に大きな直径が、〜３μｍないし〜１０μｍの範囲内にある、請求項３に記載の電子デバイス。
5. 前記ワイドレンズと前記抽出器との間の距離が、〜３μｍないし〜１０μｍの範囲内にあり、前記十分に大きな直径と、前記ワイドレンズと前記抽出器との間の距離との比が、１：１ないし６：１である、請求項４に記載の電子デバイス。
6. 誘電体層（２０）が、前記ワイドレンズと前記抽出器との間の前記距離を生じさせる、請求項５に記載の電子デバイス。
7. 前記ターゲット媒体が前記ワイドレンズに対して移動可能である、請求項５に記載の電子デバイス。
8. 前記ターゲット媒体がリソグラフィ媒体からなる、請求項７に記載の電子デバイス。
9. 前記ターゲット媒体がメモリ媒体からなる、請求項７に記載の電子デバイス。
10. 前記基板内に画定されたウエルが、概ね０．７５：１ないし１．２５：１の範囲内の深さ対直径のアスペクト比を有する、請求項２に記載の電子デバイス。
11. 前記ウエルが、〜０．５μｍの深さを有する、請求項１０に記載の電子デバイス。
12. 前記ワイドレンズが、〜３５ｎｍ未満のスポットサイズで前記媒体上に前記放出物を集束するために、十分に遠くに離れるように間隔をおいて配置される、請求項２に記載の電子デバイス。
13. 前記抽出器上に形成され、前記放出物の前記広がり角を制限するためのアパーチャ層をさらに含む、請求項２に記載の電子デバイス。
14. 前記アパーチャ層が、前記抽出器内に画定された前記開口部の側面を均一に覆う、請求項１３に記載の電子デバイス。
15. 初期レンズ構造をさらに含み、その初期レンズが前記ウエルの直径に等しい直径を有し、前記初期レンズが前記ワイドレンズ内に画定された前記開口部の中心に向かって前記放出物を集束する、請求項２に記載の電子デバイス。
16. 前記ウエル、前記先端放出器、前記抽出器および前記初期レンズ構造が、アレイとして複製され、複数の先端放出器からの放出物が、前記ワイドレンズ内に画定された前記開口部内にコリメートされるようになっている、請求項１５に記載の電子デバイス。
17. 前記ターゲット媒体および前記ワイドレンズのうちの一方が、他方に対して移動可能である、請求項２に記載の電子デバイス。
18. 前記ワイドレンズに対して前記ターゲット媒体を移動させるためのムーバ（１９、７４、９２）をさらに含む、請求項１７に記載の電子デバイス。
19. 電子デバイスを形成するための方法であって、
    基板内に画定されたウエル内に先端放出器を形成するステップと、
    前記ウエルの周囲に抽出器を形成するステップと、
    前記先端放出器を形成するステップおよび前記抽出器を形成するステップとは別個に、前記ウエルに対して配置され、前記先端放出器からの放出物を集束するための大きく、かつ離れたレンズを形成するステップとを含む、電子デバイスを形成するための方法。
20. 前記大きく、かつ離れたレンズを形成するステップが、前記抽出器上に誘電体を形成することと、その後、前記抽出器上に前記大きく、かつ離れたレンズを形成することとを含む、請求項１９に記載の方法。
    

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