KR102414061B1 - 다이아몬드 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 장치(2)가 개시된다. 장치는 다이아몬드 재질의 기판과 상기 기판의 각각의 함몰부(recess)(6)로 연장하는 세장형 금속 돌출부(18)를 포함한다. 도핑된 반도체 레이어(14)는, 각각의 돌출부와 기판 사이에 배치되는데, 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질로서 거동하고, 돌출부와 기판 사이에서, 반도체 레이어 내의 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합하다.

Description

다이아몬드 반도체 장치
본 발명은 전자 장치에 관련된 것이며, 특히 고체 전계 방출(solid-state field emission)에 의하여 자유 전자들을 생성하는 전기 장치에 관한 것이다.
실리콘은 고전력, 고주파 및 극한 환경에서 스위칭 및 증폭을 위한 기초 전기 물질로 사용하기에는 한계를 가지고 있다. 그러한 환경들에서는 실리콘보다 다이아몬드가 더 적합한 물질로 알려져 있는데, 그 열적, 유전체적 그리고 캐리어 이동성 성질 때문이고, 다이아몬드로 만들어진 장치들은 응용을 수행할 때 필요한 개별 장치들의 숫자를 줄임으로써 복잡도를 상당히 감소시킬 가능성을 제공한다.
그러나, 다이아몬드를 사용한 반도체 장치를 제조하는 것은 어렵다. 대부분의 반도체 장치에서, 전자적 기능은 결정 구조에 불순물(dopants)로 알려진 물질들을 선택적으로 주입하여 기초 물질의 성질을 수정함으로써 얻어진다. 다이아몬드의 경우에, 이용가능한 불순물이 한정적인데, 다이아몬드 결정 격자의 크기가 상대적으로 작기 때문이다. 그 결과, 다이아몬드 결정 구조에 최소한의 교란을 생성하는 2개의 불순물은 보론(boron)(p 타입)과 질소(n 타입)이다. 그러나, 보론이 첨가된 다이아몬드가 p 타입 반도체로서 합리적으로 효율적인데 비해, 효율적인 n 타입 불순물은 아직 발견되지 않았는데, 2개의 불순물 종류들 모두가 활성화 에너지가 각각 0.7 eV 및 4.5 eV인 깊은 전자주개(deep donors)로서, 장치를 효율적으로 작동시키기 위해서 전하 캐리어의 방출을 보조하기 위해 가열이 요구되기 때문이다. 그러나, 가열 처리는 또한 캐리어 이동성(carrier mobility)과 전계 항복 강도(electric field breakdown strength)의 감소를 초래하고, 그럼으로써 다이아몬드가 고전력 스위치 제조에 적합하도록 만드는 2개의 주요 특징을 무력화시킨다.
또한 진공에서 날카로운 첨두 또는 돌출부로부터의 전계 방출에 기초하여 대안적인 전기 장치를 생성하는 것이 알려져 있다. 가해지는 전기장이 상대적으로 강하면, 전자들은 낮아진 포텐셜 에너지 장벽을 통해 양자 역학 터널링(quantum mechanical tunneling)에 의해 물질로부터 탈출할 수 있다. 스핀트 팁(spindt tips)이 그러한 진공 전기장 방출 장치의 예시이다. 그러나, 그러한 장치들은 몇가지 근본적인 문제를 겪고 있다. 우선, 어떠한 진공도 완전하지 않고, 따라서 적은 수의 전자들이 잔여 가스 원자들과 충돌하여, 가스 원자들이 이온화되도록 한다. 이 이온들은 그 후 장력(field strength)이 가장 높은 영역을 향해 드리프트하고, 이 과정에서 가속되어 방출 지점인 음극에 충돌하여, 유한하고 누적적인 피해를 끼치며, 그 결과 냉음극 장치의 수명이 반도체 장치들의 수명보다 훨씬 짧아지게 된다. 이 장치들은 작동 중에 그들의 온도가 상당히 올라간다는 추가적인 단점을 겪고 있는데, 그 결과 장치의 전기적 저항이 증가하여, 방출되는 전류가 감소하고 수명을 더 감소시키는 2차적인 열화 메커니즘을 이끌어낸다.
전계 방출 팁들의 수명을 연장하기 위하여 산화막과 같은 경질 코팅을 사용하는 것이 연구된 바 있다. 사용가능한 대안적인 경질 코팅이 다이아몬드이다. 그러나 그러한 코팅들은 기초 전도 금속과의 열팽창 계수가 잘 매칭되지 않는 문제를 겪고 있다. 이 문제를 완화하는 다른 방법은 전기장 강화 구조를 유전체 물질 내에 완전히 내장함으로써 자유 전자들의 높은 전자 이동성을 유지하도록 하는 것이다. 이러한 예시 중의 하나는 진공을 전자 방출기가 내장된 다이아몬드 레이어로 대체하는 것으로, M. W. Gies et al. "Diamond emitters fabrication and theory", J. Vac. Sci. Technol., B 14(3), May/Jun 1996에 개시된 것이다. Geis et al에 의해 설명된 방법은 다이아몬드 레이어의 n 타입 불술물로서 질소 치환을 사용하는 것으로서, 전자 방출기의 팁 근처의 전기장을 강화시키는 것이다. 그러나, 이 방식은 전자 방출기의 팁에서 금속-다이아몬드 계면으로부터 더 멀리 떨어진 다이아몬드 기판의 n 타입 불순물이 다이아몬드 기판을 통한 전자 전도를 억제한다는 단점을 가지고 있다.
더 알려진 장치는 EP 2605282에 개시되어 있는데, 다이아몬드의 물성이 이용되는 것을 가능케 하는 단극성(unipolar) 구조를 사용하고, 실질적으로 전술한 진공을 다이아몬드로 대체한다. 그러나, 이 방식은 다이아몬드 속의 질소에 의해 얻어질 수 있고 높은 활성화 에너지와 연관되는 n 타입 불순물 농도가 낮은 것 때문에 성능이 한정된다는 단점을 갖는다.
US 2014/0145210 A1은 복수의 반도체 다이아몬드 레이어들과 하나의 트렌치 구조를 포함하는 반도체 장치를 개시한다.
EP 2605282 A2는 다이아몬드 기판과 기판으로 확장하는 전기적으로 전도성인 방출기를 포함하는 전기 스위칭 장치를 개시한다.
EP 2605282 US 2014/0145210 A1 EP 2605282 A2
M. W. Gies et al. "Diamond emitters fabrication and theory", J. Vac. Sci. Technol., B 14(3), May/Jun 1996
본 발명의 선호되는 실시예는 선행 기술의 위와 같은 하나 또는 그 이상의 단점들을 극복하는 것을 목표로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면 전기 장치가 제공되며, 상기 전기 장치는:
다이아몬드 재질의 기판;
상기 기판의 각각의 함몰부(recess)로 연장하는 적어도 하나의 세장형(elongate)의 제1 전기 전도성 부분; 및
적어도 하나의 각각의 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에 배치되고, 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질처럼 거동하도록 구성되고, 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에서, 반도체 영역 내의 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합한, 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역;을 포함한다.
적어도 하나의 도핑된 반도체 영역을 제공함으로써, 적어도 하나의 각각의 제1 전기 전도성 부분과 기판 사이에 배치되고, 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질처럼 거동하도록 구성되고, 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에서, 반도체 영역 내의 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합하며, 이것은 전도성 부분과의 계면에서 국소 전기장을 강화하는 장점을 가지며, 효율성을 크게 향상시키는 전도성 부분 주위에 양의 공간 전하의 고도로 정의된 영역을 생성함으로써 전자들은 전도성 매체로부터 다이아몬드 기판으로 전송되고, 그럼으로써 더 큰 전류의 전도를 가능케 한다. 본 발명은 반도체 영역을 충분히 얇게 만듦으로써, 불순물의 주입에 의해 야기되는 격자 응력이 상대적으로 작고, 더 넓은 불순물의 선택이 가능하다는 추가적인 장점을 갖는다. 게다가, 다이아몬드 기판과 전기 전도성 부분 사이에 분리된 반도체 영역을 제공함으로써, 다이아몬드 기판이 도핑되지 않은 채로 남아있고, 그 결과로서 전자 전도 상의 도핑된 다이아몬드의 억제 효과가 최소화될 수 있다는 장점이 제공된다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은 다이아몬드를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 적어도 하나의 전자주개(donor) 불순물(dopant)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 복수의 불순물 물질들을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 1족 원소(group I element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 5족 원소(group V element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 6족 원소(group VI element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분은 상기 전기장을 국소적으로 강화(locally enhance)하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분은, 반도체 영역과 쇼트키 접점(Schottky junction)을 형성하는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
장치는 적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분에 연결된 적어도 하나의 제2 전기 전도성 부분을 더 포함할 수 있다.
이것은 재료의 적절한 전도성 트래킹이 선택될 수 있도록 하는 장점을 제공한다.
장치는 양의 전자 친화도(electron affinity)를 부여하기 위한 적어도 하나의 상기 반도체 영역의 표면의 적어도 일부분을 터미네이션(termination)하는 적어도 하나의 제1 터미네이팅 물질을 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 제1 터미네이팅 물질은 산소를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 제1 터미네이팅 물질은 불소(fluorine)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 전기 장치를 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
다이아몬드 재질의 기판에 적어도 하나의 함몰부를 형성하는 단계;
적어도 하나의 상기 함몰부에 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역을 형성하는 단계; 및
적어도 하나의 상기 함몰부에 적어도 하나의 세장형 제1 전기 전도성 부분을 형성하는 단계로서, 적어도 하나의 상기 반도체 영역은 적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에 배치되고 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질처럼 거동하도록 구성되고, 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에, 반도체 영역 내에 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합한, 적어도 하나의 세장형 제1 전기 전도성 부분을 형성하는 단계;를 포함한다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은 다이아몬드를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 적어도 하나의 전자주개 불순물을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 복수의 불순물 물질들을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 1족 원소(group I element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 5족 원소(group V element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 불순물은 6족 원소(group VI element)일 수 있다.
적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분은 상기 전기장을 국소적으로 강화하도록 구성될 수 있다.
방법은 적어도 하나의 상기 제1 전기 전도성 부분에 적어도 하나의 제2 전기 전도성 부분을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법은 양의 전자 친화도를 부여하기 위하여 적어도 하나의 상기 반도체 영역의 표면의 적어도 일부분을 터미네이팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다이아몬드 재질의 기판에서 적어도 하나의 함몰부를 형성하는 단계는, 적어도 하나의 촉매 물질(catalytic material)을 상기 기판의 표면 상에 배치하는 단계, 상기 촉매 물질이 자신과 접촉하고 있는 다이아몬드를 비-다이아몬드 탄소 물질로 변환하도록 야기하는 단계, 및 상기 촉매 물질이 상기 기판을 관통(penetrate)하도록 야기하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 선행 기술의 위와 같은 하나 또는 그 이상의 단점들이 극복된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 그리고 비한정적인 의미로, 다음의 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명을 구현하는 전자 장치의 개념적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 내장된 전기장 방출 레이어 구조의 확대도이다.
도 3은 도 2의 레이어 구조의 작동을 도시한 것이다.
도 4는 전기장 강화 팩터 상의 전기적으로 전도성인 부분의 형상의 효과를 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 장치의 반도체 레이어에서 불순물 농도에 따른 평균적인 전기장의 효과를 도시한 것이다.
도 6은 도 2의 레이어 구조에서 불순물 농도에 따른 터널링 전류 밀도의 효과를 도시한 것이다.
도 7은 도 2의 레이어 구조의 다이아몬드 기판에서 불순물 집중에 따른 Debye 길이의 효과를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 다이오드(diode) 타입의 전기 스위치 장치(2)는 다이아몬드 기판(4)을 구비하고, 그 표면에는 예컨대 EP 2605282에 정의된 작은 곡률 반경을 갖는 지점을 낳는 에칭 공정에 의해 형성되는 함몰부(6)가 형성된다. 함몰부(6)는 바람직하게는 세장형(elongated) 형상이고, 바람직하게는 일반적으로 기판(4)의 상면(10)에 수직이고 또한 경사진 원위 표면(distal surface)(12)의 곡률 반경이 감소하는 측벽(8)을 구비한다. 이 함몰부(6)의 형상은 완성된 장치(2)에서 전기장 강화에 상당히 기여하며, 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
다이아몬드 물질의 반도체 레이어(14)의 형태로 된 n 타입 반도체 영역은, 질소나 인(phosphorous) 또는 황(sulphur)과 같은 5족 원소와 같은 적절한 첨가제로 도핑되며, 다이아몬드 기판(4) 상에, 구체적으로는 함몰부(6)의 원위 표면(12) 상에 형성된다. 반도체 레이어(14)는 충분히 얇게 만들어질 수 있어서 반도체 레이어(14)에의 불순물의 첨가가 다이아몬드 반도체 레이어(14)에 상당한 격자 응력(lattice stress)을 야기하지 않는다. 기판(4)으로부터 멀리 면하는 반도체 레이어(14)의 표면(16)은 반도체 레이어(14)에 양의 전자 친화도(electron affinity)를 부여하도록 변형된다. 이것은 다이아몬드 반도체 레이어(14)의 표면(16)의 산소 터미네이션(oxygen termination)에 의하여, 예컨대 농축 황산과 과산화수소의 혼합물을 섭씨 100도 이상에서 적어도 30분 이상과 같이 매우 강한 산화 용액에서 표면(16)을 처리함으로써, 비활성 가스와 산소를 포함하는 플라스마 챔버에서 처리함으로써, 또는 다이아몬드 레이어(14)를 저압 산소 환경에서 섭씨 400도씨 이상에서 30분간 가열하거나, 위 단계들의 임의의 조합에 의하여, 얻어질 수 있다. 대안으로서, 표면은 불소(fluorine)를 사용하여 터미네이션될 수 있다.
함몰부(6)는 먼저 세장형 금속 돌출부(18)의 형태로 전기 전도성 물질로 채워진다. 돌출부(18)는 다이아몬드와 접촉하였을 때 쇼트키 효과(Schottky effect)를 나타내는 금속, 예컨대 금, 백금, 루테늄(ruthenium) 또는 은(silver)으로 형성되나, 일반적으로 담금질되었을 때(annealed) 다이아몬드와 자연적으로 탄화물(carbide)를 형성하지 않는 임의의 금속을 포함한다. 다이아몬드 반도체 레이어(14)의 표면 말단부(16)는 전도성 금속 돌출부(18)와 반도체 다이아몬드 레이어(14) 사이의 장벽 높이가 줄어들도록 야기하며, 그럼으로써 전자가 벌크 다이아몬드 기판(4)의 전도대(conduction band)로 터널링하는 효율성을 향상시킨다. 두번째로 전기적으로 전도성인 물질은 추가적인 금속 레이어(20)의 형태로 전도성 금속 돌출부(18)에 적용되어 추가적인 전기 전류 운반 능력을 제공하고 장치 패키지에서 접촉들과의 본딩을 용이하게 한다. 적절한 금속으로 된 전극(22)이 기판(4)에 금속 돌출부(18)와 반대쪽 표면에 적용된다.
도 1 및 도 2에서 보여진 장치(2)의 작동이 이제 설명될 것이다.
전압이 전도성 돌출부(18)와 금속 레이어(20)에 의해 형성된 음극과 다이아몬드 기판(4)의 반대쪽 표면 상의 금속 레이어(22)에 의해 형성된 양극 사이에 인가되면, 금속 돌출부(18)의 전기장은 돌출부(18)의 원위 말단들에서 가장 강하다. 도 3에 도시된 것과 같이, n 타입 다이아몬드 반도체 레이어(14)는 레이어(14)에서 도핑 물질로부터 여분의 전자들을 잃어버리고, 그럼으로써 공핍되어(depleted) 금속 돌출부(18)의 원위 말단들 주변에 양의 공간 전하 영역을 생성한다. 이것은 국소 전기장을 상당히 강화시켜서, Fowler-Nordheim 양자역학적 터널링 조건이 만족될 수 있다. n 타입 다이아몬드를 사용함으로써, 반도체 레이어(14)는 다이아몬드 기판(4)과 열적으로 그리고 전기적으로 완전히 호환가능해지나, 당업자라면 다이아몬드 이외의 물질이 공핍 효과를 생성하기 위해 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 전자들은 금속 돌출부(18)의 원위 말단들로부터 방출되며, 반도체 레이어(14)에 의해 생성된 강화된 전기장이 양의 값으로 대전된 반도체 레이어(14)로부터 다이아몬드 기판(4)으로 전자들을 가속시키기에 충분한 포텐셜을 제공한다.
반도체 레이어는 충분히 작은 두께(전형적으로 20nm의 영역)로 만들어질 수 있어서 레이어(14)는 격자 응력을 발달시키지 않으며, 그럼으로써 질소나 인과 같은 원소들을 불순물로서 사용하는 것을 가능케 한다. 도 3에 보이다시피, 전기장이 도시된 방향으로 도 2의 구조에 인가되면, 반도체 레이어(14)는 초과 전자들을 벌크 다이아몬드 기판(4)으로 잃어버리고, 이 절차는 금속 돌출부(18)의 세장형 구조에 의해 생성되는 높은 전기장에 의해 강화된다. 전자들이 다이아몬드의 전도대에 가깝기 때문에, 이 절차는 금속 돌출부(18)로부터 다이아몬드 기판(4)으로 전자가 직접 움직이는 것을 야기하는데 필요한 전압보다 낮은 전압을 요구한다. 그 결과, 반도체 레이어(14)는 전자가 공핍되고 공간적으로 강하게 양으로 대전되며, 반도체 레이어(14)를 가로지르는 전기장이 금속 돌출부(18)와 반도체 레이어(14)의 접합으로부터 Fowler-Nordheim 터널링을 야기하기에 필요한 장 조건인 약 107 Vmm-1을 초과하게 된다. 이 조건 하에서, 금속 돌출부(18)는 양의 공간 전하를 중화시키는 전자를 주입하도록 야기되나, 반도체 레이어(14)가 매우 얇기 때문에, 전자들은 반도체 레이어(14)를 직접 통과하여 공간 전하의 상당한 중화 없이 다이아몬드 기판(4)으로 가게 된다. 반도체 레이어(14)의 두께를 적절히 선택함으로써, 국소 전기장이 충분히 집중되어 터널링 방출이 일어나는 107 Vmm-1 조건을 만족함이 보장될 수 있으나, 그 전기장은 또한 빠르게 감소하여, 방출된 전자들이 벌크 다이아몬드(4)의 격자에서 탄소 원자들이 이온화를 야기할 수 있고 아벨란체 프로세스(avalanche process)를 야기하여 장치(2)를 파괴할 수 있는, 비탄성적으로(inelastically) 충돌하는 정도로는 가속되지 않는다.
도 4는 전도성 금속 돌출부(18)의 형상에 따른 전기장 강화의 효과를 도시한 것이다. β 팩터로 지칭되는, 예상된 균일한 전기장에 대한 전기장이 강화되는 수준은 그 기저에 있는 평면 위로 돌출한 높이와 그 직경의 비율에 관련되며, 다만 그 기하학적 형상에도 영향이 있다. 도 4(e)에서 볼 수 있듯이, 도 1에 도시된 돌출부(18)의 형상은 전기장에 대하여 상당히 강화된 효과를 갖는다.
도 5는 반도체 레이어(14)에서 도핑 농도에 따른 전기장 강화 효과를 도시한 것이다. 도핑 농도의 레벨은 금속 돌출부(18) 주변의 전기장의 증폭 및 각 돌출부(18)로부터 방출되는 전류 모두에 영향을 미친다. 반도체 레이어(14)에서 도핑 레벨은 또한 각 돌출부(18)의 첨두로부터 방출되는 전자의 전류 밀도에 영향을 미친다. 이것은 도 6에 도시되어 있다.
반도체 레이어(14)의 두께도 장치(2)의 효율성에 영향을 미친다. 돌출부(18)의 첨두들에서 방출점에서 형성된 공핍 레이어 내에서 생성된 고전기장은 기초 다이아몬드 물질의 절연력을 초과한다. 방출된 전자들이 물질의 아벨란체 효과나 유전체 고장을 트리거 할 수 있을 만큼 많은 에너지를 얻는 것을 예방하기 위하여, 레이어 두께는 한정되어 수송 동안 전자들에 부여된 에너지가 그들을 이 효과들을 야기할 수 있을 만큼 가속하기에는 불충분한 것이어야 한다. 이것은 데바이 길이(Debye length)로 표현되는데, 도 5에 도시된 것처럼 반도체 레이어(14)에서 도핑 농도에 의해 결정된다. 이 경우에, 도핑 농도 레벨은 cm3 당 1018 원자를 초과하여야하며, 바람직하게는 전기장 강화를 최대화하기 위하여 cm3 당 1020 원자를 초과하여야 한다. 이것은 반도체 레이어(14)의 두께가 1~10 데바이 길이의 영역에 있어야 함을 제안한다.
당업자는 위 실시예들이 오로지 예시의 방법으로서, 어떠한 한정의 의미도 없이 설명되었음을 인식할 것이며, 다양한 대안 및 수정들이 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 사용되는 다이아몬드 기판(4)은 단결정(single crystal) 다이아몬드로부터 만들어질 수 있으나, 전술한 본 발명의 원리는 나노-결정 다이아몬드에도 적용될 수 있다. 후자의 경우, 홀의 형상은 좀 더 세장형의 실린더일 것이다.

Claims (24)

  1. 전기 장치로서,
    다이아몬드 재질의 기판;
    상기 기판의 각각의 함몰부(recess)로 연장하는 적어도 하나의 세장형(elongate)의 제1 전기 전도성 부분으로서, 각각의 함몰부는 상기 기판의 표면으로부터 연장되는, 제1 전기 전도성 부분; 및
    적어도 하나의 도핑된 반도체 영역으로서, 적어도 하나의 각각의 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에 배치되고, 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질처럼 거동하도록 구성되고, 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에서, 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역 내의 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합한, 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역;을 포함하고,
    각각의 상기 함몰부는 각각의 함몰부의 팁에 한 지점(point)을 형성하는 적어도 하나의 경사진 원위 표면(distal surface)을 더 포함하고, 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역은 각각의 경사진 원위 표면 상에 배치되는, 전기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은 다이아몬드를 포함하는, 전기 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 적어도 하나의 전자주개 불순물(donor dopant)을 포함하는, 전기 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 복수의 불순물 물질들을 포함하는, 전기 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자 주개 불순물은 1족 원소(group I element)인, 전기 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자주개 불순물은 5족 원소(group V element)인, 전기 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자주개 불순물은 6족 원소(group VI element)인, 전기 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분은 상기 전기장을 국소적으로 강화(locally enhance)하도록 구성되는, 전기 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분은, 적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역과 쇼트키 접촉(Schottky contact)을 형성하는 적어도 하나의 금속을 포함하는, 전기 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분에 연결된 적어도 하나의 제2 전기 전도성 부분을 더 포함하는, 전기 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    양의 전자 친화도(electron affinity)를 부여하기 위한 적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역의 표면의 적어도 일부분을 터미네이션(termination)하는 적어도 하나의 제1 터미네이팅 물질을 더 포함하는, 전기 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 제1 터미네이팅 물질은 산소를 포함하는, 전기 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 제1 터미네이팅 물질은 불소(fluorine)를 포함하는, 전기 장치.
  14. 전기 장치를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    다이아몬드 재질의 기판에 적어도 하나의 함몰부를 형성하는 단계로서, 상기 함몰부는 상기 기판의 표면으로부터 연장되는, 함몰부를 형성하는 단계;
    적어도 하나의 상기 함몰부에 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역을 형성하는 단계; 및
    적어도 하나의 상기 함몰부에 적어도 하나의 세장형 제1 전기 전도성 부분을 형성하는 단계로서, 적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은 적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에 배치되고 전기장이 인가되면 n 타입 반도체 물질처럼 거동하도록 구성되고, 적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분과 상기 기판 사이에, 도핑된 반도체 영역 내에 양의 공간 전하의 영역을 야기하기에 적합한, 적어도 하나의 세장형 제1 전기 전도성 부분을 형성하는 단계;를 포함하고,
    적어도 하나의 함몰부를 형성하는 단계는 적어도 하나의 함몰부의 팁에 한 지점을 형성하는 적어도 하나의 경사진 원위 표면을 형성하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 도핑된 반도체 영역은 적어도 하나의 경사진 원위 표면 상에 배치되는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은 다이아몬드를 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 적어도 하나의 전자주개 불순물을 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역은, 상기 영역에 n 타입 반도체 특성을 부여하기 위한 복수의 불순물 물질들을 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자주개 불순물은 1족 원소(group I element)인, 전기 장치를 형성하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자주개 불순물은 5족 원소(group V element)인, 전기 장치를 형성하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 전자주개 불순물은 6족 원소(group VI element)인, 전기 장치를 형성하는 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분은 상기 전기장을 국소적으로 강화하도록 구성되는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 세장형의 상기 제1 전기 전도성 부분에 적어도 하나의 제2 전기 전도성 부분을 적용하는 단계를 더 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    양의 전자 친화도를 부여하기 위하여 적어도 하나의 상기 도핑된 반도체 영역의 표면의 적어도 일부분을 터미네이팅하는 단계를 더 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    다이아몬드 재질의 기판에 적어도 하나의 함몰부를 형성하는 단계는, 적어도 하나의 촉매 물질(catalytic material)을 상기 기판의 표면 상에 배치하는 단계, 상기 촉매 물질이 자신과 접촉하고 있는 다이아몬드를 비-다이아몬드 탄소 물질로 변환하도록 야기하는 단계, 및 상기 촉매 물질이 상기 기판을 관통(penetrate)하도록 야기하는 단계를 포함하는, 전기 장치를 형성하는 방법.
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