專利名稱：真空場效應(yīng)器件及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件，具體涉及一種具有橫向場發(fā)射源且最好具有絕緣柵的真空溝道場效應(yīng)微電子器件。
本申請與以下專利有關(guān)1999年7月26日提交的美國臨時申請60/145,570，1999年3月25日提交的美國專利申請09/276,198(現(xiàn)在的美國專利號6,004,830)和09/276,200，1999年12月13日提交的美國專利申請09/477,788和09/476,984。術(shù)語注釋在說明書以及所附的權(quán)利要求書中，交替使用術(shù)語“橫向發(fā)射器”或“橫向場發(fā)射源”來指代與襯底平行放置的場發(fā)射源。為了表達(dá)的清楚且簡單起見，此處分別用術(shù)語“水平”和“垂直”來表示與襯底平行或垂直，而并不意味著任何優(yōu)選的空間取向、或與地球表面或重力方向相關(guān)的優(yōu)選取向。字母縮寫“VFED”和“IGVFED”分別指“真空場效應(yīng)器件”和“絕緣柵真空場效應(yīng)器件”。術(shù)語“絕緣襯底”和“絕緣層”中的“絕緣”是用的其普通意義，特別是指電阻率大于108Ω-cm的物質(zhì)。術(shù)語“導(dǎo)電”指的是電阻率小于或等于108Ω-cm的物質(zhì)，即包括整個導(dǎo)體和半導(dǎo)體物質(zhì)的電阻率范圍。
H.H.Busta等人在“橫向小型化真空器件”(1989年國際電子器件會議[IEDM]技術(shù)摘要，IEEE，皮斯卡塔韋，新澤西，1989，89-533—89-536頁)一文中描述了兩種類型的橫向場發(fā)射器三極管一種類型帶有三角形金屬發(fā)射器、集電極和提取電極；另一種類型帶有固定在多晶硅層側(cè)壁的鎢燈絲發(fā)射器、集電極和提取電極。
W.J.Orvis等人在“利弗莫爾小型真空管計劃進(jìn)展報告”(1989年國際電子器件會議[IEDM]技術(shù)摘要，IEEE，皮斯卡塔韋，新澤西，1989，89-529—89-531頁)一文中描述了利用Spindt型場發(fā)射器制造小型真空二極管和三極管的方法。
J.E.Cronin等人在IBM技術(shù)公告，卷32，No.5B(1989年10月)第242-243頁的“場發(fā)射三極管集成電路構(gòu)造方法”一文中描述了制作場發(fā)射三極管的過程，這種三極管帶有與控制柵極自對準(zhǔn)的場發(fā)射端。
B.Goodman在“發(fā)現(xiàn)”1990年3月，55-58頁的“真空管回顧”一文中描述了真空微電子學(xué)發(fā)展的過程和出現(xiàn)的問題。S.Kanemura等人在IEEE電子器件學(xué)報，卷38，No.10，1991年10月，2334-2336頁的“橫向場發(fā)射器三極管的制作和特征”一文中描述了一種橫向場發(fā)射器三極管，這種三極管帶有由彼此間距10微米的170個場發(fā)射器端組成的陣列，以及柱狀柵極和陽極。
W.N.Carr等人在“真空科學(xué)技術(shù)”卷A8(4)，1990年7/8月，3581-3585頁的“真空微三極管特性”一文中描述了用于模擬帶有V形場發(fā)射陰極的橫向真空微電子器件的類似于五極真空管的I-V特性。
A.A.G.Driskill-Smith等人在“應(yīng)用物理學(xué)”卷75 No.18(1999年11月1日)，2845-2847頁的“‘納米三極管’一種納米尺度的場發(fā)射管”一文中描述了一種納米尺度的電子管，這種電子管帶有場發(fā)射陰極(半徑為大約一個納米的垂直金屬“納米柱”)、集成陽極和控制柵極，所有這些都處于大約100納米的垂直和水平尺度內(nèi)。P.Weiss在“科學(xué)新聞”卷156(1999年11月6日)“‘真空管’新圖象太小而不能看到”一文中總結(jié)了Driskill-Smith等人在真空管方面的進(jìn)展，并報告了該領(lǐng)域內(nèi)其他一些技術(shù)人員的評論。“現(xiàn)代物理”1999年12月，9頁的“真空管企圖復(fù)辟”一文總結(jié)了Driskill-Smith等人文章中垂直取向器件的一些優(yōu)點以及該器件設(shè)計上尚存的一些問題。
許多以前的美國專利描述了真空微電子器件(特別是場發(fā)射器件)及它們的制作工藝，它們包括Fraser，Jr的3,753,022；Spindt等人的3,755,704和3,789,471；Shelton的4,163,949；Gray等人的4,578,614；Brodie的4,721,885；Lee的4,827,177；Lee等人的4,983,878；Goronkin等人的5,007,873；Atkinson等人的5,012,153；Epsztein的5,070,282；Kane的5,079,476；Bol的5,112,436；Jones的5,126,287；Vasquez的5,136,764；Jones等人的5,144,191；Gray的5,214,347；Okaniwa的5,221,221；Hosogi的5,245,247和5,267,884；Calcatera的5,268,648；Yoshida的5,270,258和5,367,181；Liu的5,394,006；Muller等人的5,493,177；Suzuki的5,834,790和5,925,975。
大量以前的美國專利描述了帶有橫向場發(fā)射陰極的微電子器件結(jié)構(gòu)以及這種結(jié)構(gòu)的制作工藝，它們包括Lee的4,827,177；Bol的5,112,436；Jones等人的5,144,191；Gray的5,214,347；Cronin等人的5,233,263，5,308,439，5,312,777和5,530,262；Xie等人的5,528,099；Mandelman等人的5,604,399，5,629,580，5,736,810和5,751,097；Potter的5,616,061，5,618,216，5,628,663，5,630,741，5,644,188，5,644,190，5,647,998，5,666,019，5,669,802，5,691,599，5,700,176，5,703,380，5,811,929，5,831,384，5,850,123，5,872,421，5,920,148，5,965,192，6,004,830，6,005,335，6,015,324，6,015,326，6,017,257，6,037,708，6,071,633。
對超高頻率電子器件的需求持續(xù)增長。目前，許多對超高頻率器件的需求是由半導(dǎo)體器件和集成電路來滿足的。因為半導(dǎo)體器件中的電子遷移率由于載流子與晶格原子的碰撞而減小，因此小型真空器件潛在的更佳的高頻性能是很吸引人的。如果制作的足夠小并能夠在足夠低的電壓下工作，并且具有足夠高而穩(wěn)定的電流，那么這樣的真空器件在數(shù)字和模擬領(lǐng)域中將會得到廣泛的電子學(xué)應(yīng)用。
附圖簡要說明

圖1.為根據(jù)本發(fā)明制造的絕緣柵真空場效應(yīng)器件的局部切開立體圖；圖2a-2j為在優(yōu)選制作工藝的各個階段中的器件的橫斷面?zhèn)纫晥D；圖3為一流程圖，描述了根據(jù)本發(fā)明所執(zhí)行的優(yōu)選制作工藝的步驟。
實現(xiàn)本發(fā)明的方式這里公開了一種新型的超高轉(zhuǎn)換速度真空場效應(yīng)器件(VFED)。VFED的電荷載流源為通過Fowler-Nordheim發(fā)射來操作的電子發(fā)射源。溝道區(qū)域為真空。因為溝道區(qū)域中沒有材料來散射電子并且溝道長度很短，因此電子通過溝道的時間也很短。發(fā)射源與柵極之間或漏極與柵極之間沒有真空溝道。因此可以保持一個相當(dāng)高的漏極電壓而不會從柵極中發(fā)射電子。高的漏極電壓連同短的真空溝道會使電子的遷移時間達(dá)到亞微微秒(sub-picoseconds)的數(shù)量級。另外，考慮到新型的VFED的寄生電容項很小(低于千萬億分之一法拉/微米)，深入的計算可預(yù)測到，對于0.5微米長的真空溝道，轉(zhuǎn)換速度可以高達(dá)10太赫。對于0.1微米長的真空溝道，該器件的轉(zhuǎn)換速度經(jīng)計算接近30太赫。
對于希望減小輸出阻抗的應(yīng)用場合，(γp＝Vd/Id@Vg＝常數(shù))，由于漏極電壓對發(fā)射源場的影響，很短的真空溝道長度將導(dǎo)致漏極電流顯著的變化。此處，Vd為漏極電壓，Id為漏極電流，Vg為柵極電壓。另外，以并聯(lián)方式排列的大量單個器件將會減小有效的出端阻抗，而并不會減小轉(zhuǎn)換速度。由于柵極與發(fā)射源極為接近，因此跨導(dǎo)(gm＝Id/Vg@Vd＝常數(shù))將會很高。使用高介電常數(shù)的絕緣體有助于提高絕緣柵的影響，但是還應(yīng)考慮到增加絕緣柵到發(fā)射源的寄生電容。介電常數(shù)的值最好大于2。在真空溝道長度大于或等于0.5微米時，由于絕緣柵對溝道電流的強(qiáng)烈影響，增益參數(shù)(μ＝|Vd/Vg|@Id＝常數(shù))可以很大。
圖1.(未按比例)為根據(jù)本發(fā)明制造的絕緣柵真空溝道場效應(yīng)器件10的局部切開立體圖。器件10制作在絕緣襯底20上。發(fā)射源層60(帶有發(fā)射端85的橫向場發(fā)射冷陰極)與襯底20平行。盡管圖1和橫斷面視圖2f-2j把發(fā)射端85示意性地顯示為長方形，但是發(fā)射端85的實際形狀可以很鋒利，即具有極小的半徑，這是場發(fā)射陰極領(lǐng)域所公知的。當(dāng)為發(fā)射源60和漏極150加上合適的偏壓時，漏極150聚集由源60的發(fā)射端85所發(fā)射的電子。漏極150與源60的發(fā)射端85最好橫向隔開1納米至1毫米之間的間距。柵極，更恰當(dāng)?shù)卣f是下柵極40和上柵極160，它們被設(shè)置成與發(fā)射源60的發(fā)射端85至少部分對準(zhǔn)，并且延伸至與真空溝道區(qū)域120的一部分重疊。導(dǎo)電的下柵極觸點155向下延伸并與下柵極40保持歐姆性的電接觸。在圖1所示的實施例中，觸點155還與上柵極160相連。襯底20上為下柵極40留出的溝槽可以使下柵極40平面化，因此在下面將詳細(xì)描述的優(yōu)選的制作工藝中，可以提供精確的控制并且保持下柵極40上沉積的絕緣層50的厚度的均勻性。但是在其他實施例中，柵極40也可以位于襯底20的頂面上，而不用溝槽。
每個柵極與真空溝道區(qū)域之間的絕緣層防止發(fā)射源發(fā)射的任何電子到達(dá)任一個柵極，每個柵極與真空溝道區(qū)域由各個絕緣層(50或70與100的組合)完全分隔開。每個絕緣層還阻斷了它所對應(yīng)的柵極與漏極150之間的真空溝道，因此電子流沒有可能通過任一個柵極與漏極之間的真空(例如二次電子流)。還應(yīng)理解到，這一點對于具有一個柵極(而不是具有上面所圖解和描述的兩個柵極的優(yōu)選實施例)的IGVFED也是正確的。在圖1所示具有兩個柵極的實施例中，連接兩個柵極的導(dǎo)電觸點155也通過絕緣體50，70和100與真空溝道區(qū)域120完全絕緣。如圖1所示，真空溝道區(qū)域120的尺寸的設(shè)計使其避免了向后延伸到導(dǎo)電觸點155的區(qū)域。
可以把常規(guī)的鈍化層(未示出)沉積在器件10上，以保護(hù)器件并防止表面泄漏電流?？梢孕纬沙Ｒ?guī)的通過開口并沉積常規(guī)的電極金屬(terminal metallurgy)(未示出)，以與圖1所示的導(dǎo)電元件保持接觸。
這樣，本發(fā)明的一個方面是一種真空場效應(yīng)器件10，它包括發(fā)射源60，該發(fā)射源60包括一個帶有用于發(fā)射電子的發(fā)射端85的橫向場發(fā)射器；導(dǎo)電漏極150，其與發(fā)射端水平分隔開；真空溝道區(qū)域120，其至少在發(fā)射源的發(fā)射端85和漏極150之間延伸；至少一個柵極40或160，其通過絕緣層50，70或100與真空溝道區(qū)域分隔開，所述絕緣層設(shè)置在柵極與真空溝道區(qū)域120之間，用于阻止由發(fā)射源發(fā)射的電子到達(dá)柵極；端子(例如140)用于提供漏極與發(fā)射源之間的偏壓并為柵極提供控制信號。端子可以與它們各自的電極集成在一起，例如圖1中的150和160。該器件最好有兩個公共的電柵極40和160，可以用一個集成的導(dǎo)電柵極觸點155把它們連接在一起。該器件構(gòu)建在絕緣襯底20上，該絕緣襯底可以通過在導(dǎo)電或半導(dǎo)電襯底上附加絕緣膜而形成。制作工藝制作新型的太赫真空場效應(yīng)器件(VFED)要比制作復(fù)合半導(dǎo)體或異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件簡單的多。本優(yōu)選實施例中不使用半導(dǎo)體材料。但是，這種結(jié)構(gòu)制作與標(biāo)準(zhǔn)的IC金屬噴鍍，鈍化和互聯(lián)工藝是相容的。另外，這種新型的器件可以與優(yōu)選實施例制作工藝的任一變體或其他集成電路制作工藝結(jié)合在一起。
制作真空場效應(yīng)器件的整體過程包括以下步驟提供一塊合適的平面絕緣襯底；通過在襯底上平行設(shè)置一個橫向場發(fā)射器形成發(fā)射源；在發(fā)射源的橫向場發(fā)射器上形成發(fā)射端；提供一個導(dǎo)電漏極用于接收電子，漏極與發(fā)射端之間橫向隔開一段間距；至少在發(fā)射端與漏極之間制作真空溝道區(qū)域的第一開口；設(shè)置至少一個柵極，該柵極至少與發(fā)射端部分對準(zhǔn)，并至少與第一開口部分重疊對準(zhǔn)；完全覆蓋第一開口以形成一個封閉的真空溝道腔室；從第一開口中除去所有氣體以提供真空；封閉真空溝道腔室。整個過程還可以包括步驟在柵極與真空溝道區(qū)域之間設(shè)置一個絕緣層，以阻止發(fā)射源發(fā)射的任何電子到達(dá)柵極，上述柵極由絕緣層與真空溝道區(qū)域完全分隔開。加入端子是用于在漏極與發(fā)射源之間提供偏壓并為絕緣柵提供控制信號。
提供絕緣襯底這一步驟可以由以下步驟完成首先提供一個基襯底，基襯底可以有各種程度的導(dǎo)電性或半導(dǎo)性；然后在基襯底上沉積一層絕緣表面層。因此，基襯底可以為導(dǎo)體、半導(dǎo)體或任何電阻率小于108Ω-cm的物質(zhì)，或者是成分上不同于沉積在其上的絕緣層的絕緣體。例如，基襯底可以是金屬，硅，鍺，III-V族化合物(GaAs，AlGaAs，InP，GaN等等)，導(dǎo)電氧化物(例如氧化錫銦，氧化銦，氧化錫，氧化銅，氧化鋅)，過渡族金屬氮化物或過渡族金屬碳化物。
在整個制作工藝的結(jié)構(gòu)中，可以對特殊的材料、特殊的工藝方法及其順序進(jìn)行多種變型。結(jié)合圖2a-2j和圖3，下面詳細(xì)描述了一個特定的優(yōu)選制作工藝。圖2a-2j未按比例制圖。下面的描述包括提供兩個柵極的步驟，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，VFED器件可以制作有一個或多個柵極，并且還可以省去柵極以制作高速二極管。
圖2a-2j為優(yōu)選的制作工藝的各個階段產(chǎn)物的一系列橫斷面?zhèn)纫晥D。圖3為優(yōu)選制作工藝的流程圖，其中各步驟用參考標(biāo)號S1，…，S21來代表。對于每個步驟，所執(zhí)行的操作列于表I中

在步驟S1中，提供一個合適的平面絕緣襯底20。絕緣襯底20可以包括各種合適的絕緣材料如玻璃，陶瓷，玻璃陶瓷，金剛石，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，氮化鋁，氧化鎳，塑料，聚合體，聚酰亞胺，聚對二甲苯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。如上所述，步驟S1中提供的平面絕緣襯底20的制作首先要提供一個導(dǎo)電性基襯底，如硅半導(dǎo)體晶片，然后在導(dǎo)電性基襯底上沉積一層合適的絕緣材料以形成絕緣表面。絕緣層可以是上面所列出的任一種絕緣材料。
在步驟S2中，在絕緣襯底的表面制作溝槽30(圖2a)。在步驟S3中，用導(dǎo)電層40填充溝槽30并使其平面化(圖2b)，以制作第一柵極。平面化可以通過化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)來完成。適于制作導(dǎo)電層40的材料有鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型硅，多晶硅，無定形硅，或單晶硅)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。選擇導(dǎo)電性材料時要使其能夠與該器件的其他材料相容。
步驟S4包括把第一絕緣層50沉積在平面化的表面上(圖2c)。第一絕緣層50可包括任何合適的絕緣體，例如玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，或以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。第一絕緣層50的介電常數(shù)ε最好大于2。
在步驟S5中，沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電性材料以形成發(fā)射源層60(圖2d)。在步驟S6中，沉積第二絕緣層70，使其覆蓋發(fā)射源層60(圖2e)。第二絕緣層70可包括任何合適的絕緣體，例如第一絕緣層50所使用的任一種材料(玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，或以上各種物質(zhì)的混合物和化合物)。但是，絕緣層50和70最好包括相同的絕緣材料。第二層絕緣層70的介電常數(shù)ε最好大于2。
用作真空溝道區(qū)域的的第二溝槽80的制作(步驟S7，圖2f)是通過蝕刻至少第二絕緣層70和發(fā)射源層60來完成的，但是蝕刻不要向下達(dá)到第一柵極層40。溝槽80的制作是通過定向活性離子蝕刻來完成的。制作該溝槽時還要對發(fā)射源層60進(jìn)行蝕刻以制作發(fā)射端85。如果必要，可以進(jìn)一步蝕刻，例如用無向性濕浸法(isotropic wet etch)蝕刻或等離子體蝕刻來進(jìn)一步對發(fā)射端85進(jìn)行蝕刻。如場發(fā)射陰極領(lǐng)域所公知的，希望制作出具有極小半徑的發(fā)射端85，使其具有刀刃一樣銳利的形狀。這一點是通過在步驟S5中沉積一層很薄的發(fā)射源層60，然后在步驟S7中對這一薄層的邊緣進(jìn)行蝕刻來完成的。適合于制作發(fā)射源層60的導(dǎo)電材料包括鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鋁，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。在該領(lǐng)域已眾所周知，至少要在發(fā)射源層60的發(fā)射端85，最好是使用低逸出功的材料。
在步驟S8，在第二溝槽80中填入犧牲材料90并進(jìn)行平面化(圖2g)。犧牲材料90可以為無機(jī)材料或有機(jī)材料如聚對二甲苯。這之后沉積第三絕緣層100(步驟S9，圖2h)。第三層絕緣層100可以包括任何合適的絕緣體，例如第一絕緣層50和第二絕緣層70所使用的任何材料。絕緣層100最好使用與絕緣層50和70相同的絕緣材料，并且其介電常數(shù)ε最好大于2。
在步驟S10中，通過第三層絕緣層100開一個進(jìn)入孔110，向下至少進(jìn)入犧牲材料90(圖2i)。進(jìn)入孔110最好開在溝槽80上距離發(fā)射端85最遠(yuǎn)的那一端或附近。在步驟S11中，制作發(fā)射源通過孔130和下柵極40的通過孔(未顯示)。下柵極觸點155(圖1所示)使用該下柵極通過孔，但該通過孔不在圖2a-2j的橫斷面內(nèi)。作為一種選擇，可把步驟S10與S11合并而同時執(zhí)行，如圖3所示用一方括弧把這兩步合并起來。在步驟S12中，通過進(jìn)入孔110去除犧牲材料90(例如利用合適的溶劑溶解犧牲材料90，然后通過進(jìn)入孔110除去該溶液)。例如，如果犧牲材料90是光致抗蝕劑或石蠟，則溶劑可以為丙酮。如果犧牲材料90為二氧化硅，它可以通過濕法化學(xué)蝕刻用例如HF去除。對于很多犧牲材料來說，去除過程可以利用氧等離子蝕刻來完成。除去犧牲材料之后，就留下一個空的真空溝道區(qū)域120。下面幾步就要在真空環(huán)境中進(jìn)行，步驟S13所提供的真空壓力最好小于或等于1托。
在步驟S14中，沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電發(fā)射源觸點140。在步驟S15中，沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電上柵極160。在步驟S16中，沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電下柵極觸點155(圖1所示)。在步驟S17中，沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電漏極150。適合于制作導(dǎo)電上柵極160，導(dǎo)電下柵極觸點155和導(dǎo)電漏極150的導(dǎo)電材料包括鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
在步驟S18中，填住進(jìn)入孔110以密封真空溝道區(qū)域120。步驟S18最好在真空壓力小于或等于1托時執(zhí)行。當(dāng)真空溝道區(qū)域120被密封時，該溝道區(qū)域就將是真空。步驟S14—S18最好合并在一起作為步驟S19執(zhí)行，如圖3中方括弧所示。在該優(yōu)選的工藝中，進(jìn)入孔110還限定了漏極150下部(位于真空溝道區(qū)域120內(nèi))的樣式。在執(zhí)行完步驟S14—S18或合并步驟S19后得到的器件，由圖2j的橫斷面圖以及圖1的局部切開立體圖所示。作為該工藝的另一種選擇，可以利用Potter的美國專利No.5,700,176中的方法來制作導(dǎo)電漏極150和密封真空溝道區(qū)域120，其全部公開內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。如果希望，可以沉積一個鈍化層(步驟S20)，形成通過孔，并沉積電極金屬(步驟S21)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，只要省去那些結(jié)合控制柵元件40和160的步驟，就可以實現(xiàn)一個超高頻率二極管的結(jié)構(gòu)。如果只是省去控制柵元件40和160中的一個而保留另一個，那么該器件仍作為三極管工作。
制作本發(fā)明的真空場效應(yīng)器件的尺寸和材料特性(諸如絕緣體的介電常數(shù))的范圍可以很寬。例如，根據(jù)應(yīng)用場合，真空溝道長度可以在1納米至1毫米之間。介電常數(shù)ε，漏極電壓，與耦合電容的均衡(tradeoffs)，以及對操作延遲模式的增強(qiáng)范圍都可以很寬。在絕緣層的介電常數(shù)小于或等于20時，絕緣層50以及絕緣層70與100的組合的厚度(也就是柵極與發(fā)射源層60之間的間距)最好選擇在1納米與1000納米之間。當(dāng)絕緣層的介電常數(shù)大于20時，該間距最好選擇在10納米與5000納米之間。工業(yè)應(yīng)用性這里所公開的器件對于高帶寬的通訊要求特別有用。該器件的這種用途包括在芯片范圍內(nèi)傳輸和接收數(shù)據(jù)，因此它適合于短程的有線或無線內(nèi)部局域網(wǎng)的通訊。該器件還固有高的耐熱性和耐輻射性。因此適合于在苛刻的環(huán)境中應(yīng)用。這些應(yīng)用包括裂變或聚變反應(yīng)堆的傳感器，鉆孔傳感器，加速器傳感器和儀表，在衛(wèi)星，外層空間和宇宙探測器中的應(yīng)用以及其他許多類似的應(yīng)用。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，通過對本說明書的思考或通過對所公開的發(fā)明進(jìn)行實踐，本發(fā)明其他一些實施例中把該器件用于各種用途和環(huán)境就會顯而易見。例如，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中可以加入額外的柵電極。再例如，該器件可以制作在絕緣的襯底上，該襯底包括合適的塑料或其他聚合物，這些材料可以是柔性的和/或透明的，或者導(dǎo)電元件可以由導(dǎo)電聚合物來制作。另外，為了某種目的，可以改變制作工藝步驟的順序，而且為了制作更簡單的結(jié)構(gòu)還可以省去一些步驟。說明書和例子只是示例性的，本發(fā)明真正的范圍和精神由下面的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種真空場效應(yīng)器件，包括a)源，所述源包括一個橫向場發(fā)射器，所述橫向場發(fā)射器有一個用于發(fā)射電子的發(fā)射端，上述真空場效應(yīng)器件的特征在于還包括b)漏極，它與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向隔開，所述漏極包括一個導(dǎo)電電極；c)真空溝道區(qū)域，其至少要位于所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端與所述漏極之間；d)至少一個第一柵極，它包括一種導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料由位于所述至少一個第一柵極和所述真空溝道區(qū)域之間的第一絕緣層與上述真空溝道區(qū)域完全分隔開，以防止所述源發(fā)射的任何所述電子到達(dá)所述至少一個第一柵極；和e)端子，用于在所述漏極與所述源之間提供偏壓，并為所述至少一個第一柵極提供控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，該器件進(jìn)一步包括一個絕緣襯底，所述發(fā)射源的所述橫向場發(fā)射器平行于所述絕緣襯底放置。
3.如權(quán)利要求2所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述絕緣襯底的材料從下面的列表中選取玻璃，陶瓷，玻璃陶瓷，金剛石，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，氮化鋁，氧化鎳，塑料，聚合體，聚酰亞胺，聚對二甲苯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
4.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第一絕緣層的材料從下面的列表中選取玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
5.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第一絕緣層中包括一種介電常數(shù)大于或等于2的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個柵極至少與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端部分對準(zhǔn)，并且被設(shè)置成至少與所述真空溝道區(qū)域部分重疊對準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，組成所述至少一個柵極的導(dǎo)電材料從以下列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
8.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述橫向場發(fā)射器包括設(shè)置在所述第一絕緣層上的薄膜導(dǎo)體。
9.如權(quán)利要求8所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，該器件進(jìn)一步包括設(shè)置在上述薄膜導(dǎo)體上的第二絕緣層。
10.如權(quán)利要求9所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第二絕緣層的材料由下面的列表中選取玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
11.如權(quán)利要求9所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第二絕緣層中包括一種介電常數(shù)大于或等于2的材料。
12.如權(quán)利要求9所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第一和第二絕緣層由相同的絕緣材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，該器件還包括至少一個第二柵極，所述至少一個第二柵極由位于所述至少一個第二柵極和所述真空溝道區(qū)域之間的第三絕緣層與上述真空溝道區(qū)域完全分隔開，以防止所述源發(fā)射的任何所述電子到達(dá)所述至少一個第二柵極；該器件還包括端子，用于為所述至少一個第二柵極提供控制信號。
14.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第二柵極至少與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端部分對準(zhǔn)，并且至少與所述真空溝道區(qū)域部分重疊對準(zhǔn)。
15.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，構(gòu)成所述至少一個第二柵極的導(dǎo)電材料從下面列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
16.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第二柵極與所述至少一個第一柵極至少部分對準(zhǔn)。
17.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第一柵極與所述至少一個第二柵極互相對準(zhǔn)，并且關(guān)于通過所述發(fā)射源的平面對稱。
18.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第二柵極與所述發(fā)射源垂直隔開第一預(yù)定間距。
19.如權(quán)利要求18所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，當(dāng)所述第二絕緣層的介電常數(shù)小于或等于20時，上述第一預(yù)定距離在1納米與1000納米之間，當(dāng)所述第二絕緣層的介電常數(shù)大于20時，上述第一預(yù)定距離在10納米與5000納米之間。
20.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第一柵極與所述發(fā)射源垂直隔開第二預(yù)定間距。
21.如權(quán)利要求20所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，當(dāng)所述第一絕緣層的介電常數(shù)小于或等于20時，上述第二預(yù)定距離在1納米與1000納米之間，當(dāng)所述第一絕緣層的介電常數(shù)大于20時，上述第二預(yù)定距離在10納米與5000納米之間。
22.如權(quán)利要求20所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述至少一個第二柵極與所述發(fā)射源垂直隔開一個與所述第二預(yù)定間距大致相等的間距。
23.如權(quán)利要求13所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第一和第二柵極的電連接方式是相同的，并且所述第一和第二控制信號對于所述第一和第二柵極是公用的。
24.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，組成所述發(fā)射源的導(dǎo)電材料從下面列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
25.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，組成所述漏極的導(dǎo)電材料從下面列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
26.如權(quán)利要求1所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述漏極與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向隔開1納米至1毫米之間的間距。
27.一種真空場效應(yīng)器件，包括a)絕緣襯底；b)第一絕緣層；c)源，所述源包括平行于所述絕緣襯底設(shè)置的橫向場發(fā)射器，所述橫向場發(fā)射器包括位于所述第一絕緣層上的薄膜導(dǎo)體，并且所述橫向場發(fā)射器有一個用于發(fā)射電子的發(fā)射端；d)導(dǎo)電漏極，它與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向隔開，所述導(dǎo)電漏極被設(shè)置成與所述絕緣襯底基本垂直；e)真空溝道區(qū)域，它至少設(shè)置在所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端與所述導(dǎo)電漏極之間，從而電子就可以無障礙地從所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端向所述漏極運(yùn)動；f)第一和第二柵極，所述第一和第二柵極由分別置于所述第一、第二柵極與所述真空溝道區(qū)域之間的第二和第三絕緣層與所述真空溝道區(qū)域完全分隔開，以阻止從所述發(fā)射源發(fā)射的任何所述電子到達(dá)所述第一和第二柵極中的任一個；和g)端子，用于在所述漏極與所述源之間提供偏壓，并分別為所述第一和第二柵極提供第一和第二控制信號。
28.如權(quán)利要求27所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述絕緣襯底包括由絕緣表面層覆蓋的導(dǎo)電基襯底。
29.如權(quán)利要求27所述的真空場效應(yīng)器件，其特征在于，所述第一和第二柵極的電連接方式相同，以便為所述第一和第二柵極提供公用的所述第一和第二控制信號。
30.一種超高頻真空二極管器件，包括a)絕緣襯底b)源，所述源包括一個平行于所述絕緣襯底設(shè)置的橫向場發(fā)射器，所述橫向場發(fā)射器有一個用于發(fā)射電子的發(fā)射端；c)漏極，它與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向隔開，所述漏極包括一導(dǎo)電電極；d)真空溝道區(qū)域，它至少設(shè)置在所述橫向場發(fā)射器的發(fā)射端與所述漏極之間；和e)端子，用于在所述漏極與所述源之間提供一個電壓信號。
31.一種超高頻真空二極管器件，包括a)絕緣襯底；b)第一絕緣層；c)源，所述源包括一個平行于所述絕緣襯底設(shè)置的橫向場發(fā)射器，所述橫向場發(fā)射器包括位于所述第一絕緣層上的薄膜導(dǎo)體，并且所述橫向場發(fā)射器有一個用于發(fā)射電子的發(fā)射端；d)導(dǎo)電漏極，它與所述場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向隔開一個1納米至1毫米之間的間距，所述導(dǎo)電漏極被設(shè)置成與所述絕緣襯底基本垂直；e)真空溝道區(qū)域，它至少設(shè)置在所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端與所述導(dǎo)電漏極之間，從而電子就可以無障礙地從所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端向所述漏極運(yùn)動；和f)端子，用于在所述漏極與所述源之間提供一個電壓信號，以使所述電子流直接從所述發(fā)射源流向所述導(dǎo)電漏極。
32.一種制作真空場效應(yīng)器件的工藝，包括以下步驟a)提供一絕緣襯底；b)通過使一橫向場發(fā)射器平行于所述襯底來形成發(fā)射源；c)在所述發(fā)射源的所述橫向場發(fā)射器上制作發(fā)射端；d)提供一個導(dǎo)電漏極用于接收電子，所述漏極與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向間隔開；e)至少在所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端與所述漏極之間形成真空溝道區(qū)域的第一開口；f)設(shè)置至少一個第一柵極，該柵極至少與所述發(fā)射端部分對準(zhǔn)，并至少與所述第一開口部分重疊對準(zhǔn)；g)完全覆蓋所述第一開口，以形成一個封閉的真空溝道腔室；h)通過第一開口除去所有氣體，以在其中提供真空；以及i)封閉所述真空溝道腔室。
33.一種真空場效應(yīng)器件，其特征在于，由權(quán)利要求32所述的工藝制作。
34.如權(quán)利要求32所述的工藝，其特征在于，還包括以下步驟j)在所述至少一個第一柵極與所述真空溝道區(qū)域之間設(shè)置第一絕緣層，以阻止所述發(fā)射源發(fā)射的任何所述電子到達(dá)所述至少一個第一柵極，所述至少一個第一柵極由所述第一絕緣層與所述真空溝道區(qū)域完全分隔開。
35.如權(quán)利要求32所述的工藝，其特征在于，還包括以下步驟k)形成端子，以便在所述漏極與所述發(fā)射源之間提供偏壓，并為所述至少一個第一柵極提供控制信號。
36.如權(quán)利要求32的工藝，其特征在于，提供絕緣襯底的步驟(a)是通過提供一個基襯底并在所述基襯底上沉積一絕緣層來實現(xiàn)的，上述基襯底具有任意程度的導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性。
37.如權(quán)利要求32所述的工藝，其特征在于，制作發(fā)射端的步驟(c)和制作第一開口的步驟(e)可以合并在一起并且基本上同時執(zhí)行。
38.如權(quán)利要求37所述的工藝，其特征在于，進(jìn)一步包括至少穿過所述橫向場發(fā)射器進(jìn)行定向蝕刻。
39.如權(quán)利要求32所述的工藝，其特征在于，提供所述導(dǎo)電漏極的步驟(d)和封閉所述真空溝道腔室的步驟(i)可以合并在一起并且基本上同時執(zhí)行。
40.一種制作真空場效應(yīng)器件的工藝，包括以下步驟a)提供絕緣襯底；b)在所述絕緣襯底中形成第一溝槽；c)用第一導(dǎo)電層填充所述第一溝槽，以提供下柵極并使其平面化；d)在上述絕緣襯底和所述第一導(dǎo)電層上沉積第一絕緣層，以使所述下柵極絕緣；e)沉積第二導(dǎo)電層并構(gòu)圖，以形成與所述襯底平行的發(fā)射源層；f)在所述發(fā)射源層上沉積第二絕緣層；g)形成真空溝道區(qū)域的第二溝槽，同時形成所述發(fā)射源層的發(fā)射端，從而完成橫向場發(fā)射器源的制作；h)用犧牲材料填充所述第二溝槽并使其平面化；i)將在所述犧牲材料上延伸的第三絕緣層沉積；j)穿過所述第三絕緣層制作通向所述犧牲材料的進(jìn)入孔；k)制作發(fā)射源通過孔和下柵極的通過孔；l)通過所述進(jìn)入孔除去所述犧牲材料；m)提供真空環(huán)境；以及n)沉積并構(gòu)圖上柵極、導(dǎo)電源觸點、下柵極觸點和導(dǎo)電漏極，同時密封所述真空溝道區(qū)域，從而所述第三絕緣層使所述上柵極與所述真空溝道區(qū)域絕緣。
41.一種真空場效應(yīng)器件，其特征在于，由權(quán)利要求40所述的工藝制作。
42.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，提供絕緣襯底的步驟(a)是通過提供一個基襯底并在所述基襯底上沉積一絕緣層來實現(xiàn)的，上述基襯底具有任意程度的導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性。
43.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，提供所述真空環(huán)境的步驟(m)是通過提供小于或等于1托的真空壓力來實現(xiàn)的。
44.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，提供所述真空環(huán)境的步驟(m)以及所述沉積和構(gòu)圖步驟(n)可以合并在一起并基本上同時執(zhí)行。
45.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，提供所述絕緣襯底的步驟(a)包括提供一種由絕緣材料制作的襯底，所述絕緣材料可以從下面的列表中選取玻璃，陶瓷，玻璃陶瓷，金剛石，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，氮化鋁，氧化鎳，塑料，聚合體，聚酰亞胺，聚對二甲苯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
46.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，制作所述第一溝槽的步驟(b)包括在所述絕緣襯底上蝕刻一個凹口。
47.如權(quán)利要求46所述的工藝，其特征在于，制作所述第一溝槽的步驟(b)包括用離子定向蝕刻。
48.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，填充所述第一溝槽的步驟(c)包括用導(dǎo)電材料填充所述第一溝槽，所述導(dǎo)電材料從下面的列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
49.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第一絕緣層的步驟(d)包沉積一種絕緣材料，所述絕緣材料從下面的列表中選取玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，或以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
50.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第一絕緣層的步驟(d)包括沉積一種介電常數(shù)等于或大于2的絕緣材料。
51.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積并構(gòu)圖所述第二導(dǎo)電層以制作所述發(fā)射源層的步驟(e)包括沉積一種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料從下面的列表中選取鋁，銅，銀，金，鉑，鈀，鉍，導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電氮化物，難熔的過渡族金屬(鈦，釩，鉻，鋅，鈮，鉬，鉿，鉭，鎢)，難熔的過渡族金屬碳化物，難熔的過渡族金屬氮化物，碳化硼，摻雜的氮化硼，過渡族金屬硅化物，任何一種導(dǎo)電形式的碳(例如摻雜的金剛石，石墨，無定形碳，富勒烯，納米管，或納米珊瑚石)，硅(N型或P型，多晶，無定形，或單晶)，鍺，以及以上各種物質(zhì)的混合物、合金和化合物。
52.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第二絕緣層的步驟(f)包括沉積一種絕緣材料，所述絕緣材料從下面的列表中選取玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，或以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
53.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第二絕緣層的步驟(f)包括沉積一層介電常數(shù)等于或大于2的絕緣材料。
54.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，制作所述第二溝槽和制作發(fā)射端的步驟(g)包括用離子定向蝕刻。
55.如權(quán)利要求54所述的工藝，其特征在于，制作所述第二溝槽和形成發(fā)射端的步驟(g)進(jìn)一步包括等離子蝕刻。
56.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，制作所述第二溝槽和制作發(fā)射端的步驟(g)進(jìn)一步包括濕浸蝕刻。
57.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，填充所述第二溝槽并使其平面化的步驟(h)包括用有機(jī)犧牲材料填充所述第二溝槽。
58.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，填充所述第二溝槽并使其平面化的步驟(h)包括用從下面列表中選取的犧牲材料填充所述第二溝槽聚對二甲苯，光致抗蝕劑，蠟，和二氧化硅。
59.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第三絕緣層的步驟(i)包括沉積無機(jī)絕緣材料。
60.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第三絕緣層的步驟(i)包括沉積一種從下面列表中選取的絕緣材料玻璃，玻璃陶瓷，石英，氧化鋁，藍(lán)寶石，二氧化硅，氮化硅，鈦酸鍶鋇，氧化鈦，氧化釤，氧化釔，氧化鉭，氧化鈦鋇，氧化鉭鋇，氧化鈦鉛，氧化鈦鍶，氧化(鋅，鈦)鍶，氮化鋁，聚酰亞胺，聚對二甲苯，以及以上各種物質(zhì)的混合物和化合物。
61.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，沉積所述第三絕緣層的步驟(i)包括沉積一種介電常數(shù)等于或大于2的絕緣材料。
62.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，制作所述進(jìn)入孔的步驟(j)包括通過所述第三絕緣層進(jìn)行活性離子蝕刻，并至少蝕刻到所述犧牲材料。
63.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，去除所述犧牲材料的步驟(1)包括通過所述進(jìn)入孔進(jìn)行氧等離子蝕刻。
64.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，去除所述犧牲材料的步驟(1)包括利用溶劑溶解所述犧牲材料。
65.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，去除所述犧牲材料的步驟(1)包括通過所述進(jìn)入孔進(jìn)行濕法化學(xué)蝕刻。
66.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，提供所述真空環(huán)境的步驟(m)包括提供小于或等于1托的真空壓力。
67.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，所述沉積和密封步驟(n)包括以下步驟o)沉積并構(gòu)圖上柵極，p)沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電源觸點，q)沉積并構(gòu)圖下柵極觸點，r)沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電漏極，以及s)密封所述真空溝道區(qū)域。
68.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，所述沉積和密封步驟(n)還包括步驟t)設(shè)置所述導(dǎo)電漏極，使其與所述發(fā)射源層的所述發(fā)射端橫向間隔開。
69.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，還包括在上述器件上沉積一鈍化層的步驟。
70.如權(quán)利要求40所述的工藝，其特征在于，還包括形成通過孔，沉積以及構(gòu)圖電極金屬的步驟。
71.一種制作超高頻真空二極管器件的工藝，包括以下步驟a)提供絕緣襯底；b)通過使一橫向場發(fā)射器平行于所述襯底來形成發(fā)射源；c)在所述發(fā)射源的所述橫向場發(fā)射器上制作發(fā)射端；d)提供一用于接收電子的導(dǎo)電漏極，該漏極與所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端橫向間隔開；e)至少在所述橫向場發(fā)射器的所述發(fā)射端與所述漏極之間形成所述真空溝道區(qū)域的第一開口；f)完全覆蓋所述第一開口，以形成封閉的真空溝道腔室；g)抽空所述第一開口；以及h)密封所述真空溝道腔室。
72.如權(quán)利要求71所述的工藝，其特征在于，提供所述絕緣襯底的步驟(a)是通過提供一個基襯底并在所述基襯底上沉積一絕緣層來實現(xiàn)的，上述基襯底可具有任意程度的導(dǎo)電或半導(dǎo)電性。
73.一種制作超高頻真空二極管器件的工藝，包括以下步驟a)提供絕緣襯底；b)在所述絕緣襯底上沉積第一絕緣層；c)沉積第一導(dǎo)電層并構(gòu)圖，以制作平行于所述襯底的發(fā)射源層；d)在所述發(fā)射源層上沉積第二絕緣層；e)為真空溝道區(qū)域制作溝槽，同時制作所述發(fā)射源層的發(fā)射端，從而完成了橫向場發(fā)射器源的制作；f)用犧牲材料填充所述溝槽，并進(jìn)行平面化；g)使在所述犧牲材料上延伸的第三絕緣層沉積；h)穿過所述第三層絕緣層制作通往犧牲材料的進(jìn)入孔；i)制作發(fā)射源通過孔；j)通過所述進(jìn)入孔除去所述犧牲材料；k)提供真空環(huán)境；以及l(fā))沉積并構(gòu)圖導(dǎo)電源觸點和導(dǎo)電漏極，同時密封所述真空溝道區(qū)域。
74.一種真空場效應(yīng)器件，其特征在于，由權(quán)利要求73所述的工藝制作。
75.如權(quán)利要求73所述的工藝，其特征在于，提供所述絕緣襯底的步驟(a)是通過提供一個基襯底并在所述基襯底上沉積一絕緣層來實現(xiàn)的，上述基襯底可具有任意程度的導(dǎo)電或半導(dǎo)電性。
全文摘要
一種超高頻率真空場效應(yīng)微電子器件(VFED或IGVFED),包括橫向場發(fā)射源(60),漏極(150),一個或多個絕緣柵(40,160)。布置絕緣柵時,最好使其延伸端與橫向場發(fā)射源的發(fā)射端(85)以及真空溝道區(qū)域(120)部分重疊對準(zhǔn)。如果省去了絕緣柵,器件就作為超高速度二極管工作。該器件的優(yōu)選制作工藝是把犧牲材料臨時沉積在用于真空溝道區(qū)域的溝槽中,并覆蓋一個絕緣蓋子。通過蓋子上的進(jìn)入孔可以去除犧牲材料。作為優(yōu)選的制作工藝的一部分,漏極還起到密封塞的作用,在清除真空溝道區(qū)域后,塞住進(jìn)入孔,封住真空溝道區(qū)域。
文檔編號H01J9/40GK1327610SQ00801522
公開日2001年12月19日 申請日期2000年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月26日
發(fā)明者邁克爾·D·波特 申請人:先進(jìn)圖像技術(shù)公司