真空集成电子器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种真空集成电子器件，具有导电材料的阳极区；阳极区之上的绝缘区；延伸穿过绝缘区并且具有侧壁的腔；以及阴极区。阴极区具有尖端部分，尖端部分在腔内的周边地延伸并且邻近腔的侧壁。阴极区通过倾斜沉积形成，以相对于器件表面的垂线呈30‑60°角实现倾斜沉积。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种改良的真空集成电子器件。
技术介绍
众所周知，小型化真空集成电子器件的想法可追溯至1961年。然而，由于它们在处理高电压和高功率时的好的特性，对高速度、高功率远程通信系统的增长的需求最近给出了在微米电子学以及纳米电子学领域研究的新动力。因此，融合了以上优点以及固态技术优点的设备的可用性将打开用于远距离远程通信、航空航天以及医疗系统的未来市场和产品的新的潜在场景。不幸地，制造这种设备已经被证明是困难的，特别是关于阴极的形状和表面复合物。具体地，浓缩电场具有足够的强度来通过接通电压产生发射的技术已经在研究，并且具有低功函数、好的化学、热学、机械以及电性质的材料已经在研究。这些材料也必须适用于具有小半径和大展弦比(基圆直径和尖端高度之间的比)的技巧的实现。通常，这种结构具有圆锥形或角锥形金属微尖阴极。例如，图1示出具有圆锥状尖端的三极管的结构。图1的三极管包括第一、第二和第三层金属层2、3、4，其被沉积在玻璃衬底1上电介质层5、6分离。。第一金属层2在玻璃衬底1上延伸并且形成阴极；第二金属层3在第一金属层和第三金属层2、4之间延伸并且形成栅极，以及第三金属层4形成阳极。腔8在电介质层5、6中以及在第二金属层3中形成并且并包围尖端9，尖端9从第一金属层2延伸指向第二金属层3。这里，发射是由栅极-阴极电压引起并且发射的电子被阳极4收集。该解决方案的制造十分复杂。如图2中所示出的，另一个已知的解决方案是横向结构，其能够以平面的方式被制造。这里，阳极区10、阴极区11以及两个栅极区12在单个金属层中形成并且被成形以获得电子的被控制的发射。横向结构提供了更简单的制造工艺以及通过光刻的电极的简单成形，但是其以大面积占用和减小的电流密度为代价。在另一个可能的结构中，如图3中所示出的，电子发射不是从一个小尖端区起源，但是相反，从一个穿孔的薄金属阴极区20的外围边缘14起源。阳极区21和栅极区22与图1中的阳极区和栅极区相似。该解决方案的主要的缺点是大面积占用。在一个备选结构中，在编号5,463,269的美国专利中公开，真空集成微电子器件是通过在腔中绝缘材料的保形沉积被制造，因此形成了对称的尖端，对称的尖端能够被用作模具来形成微尖阴极。两个电极形成简单的二极管，同时三个、四个或五个电极能够分别形成三极管、四极管和五极管。由于尖端是自对齐于腔的中心，因此它也对齐于电极的中心。然而，上述真空集成微电子器件的制造具有高制造成本并且它的操作特性能够被例如电离辐射和在功率输出处的噪声改变。MI2013A000897(US2014/0353576)描述了一种电子发射器件，其中阴极是通过在具有腔的电介质层上沉积金属层形成。在沉积期间，金属材料形成水平部分，水平部分在腔之上突出并且连接以形成尖端。腔的宽度以使金属层不掉入腔中，因此腔被金属层密封。尽管在很多情况中，该解决方案已经证明是令人满意的，但其不能被使用在所有应用或器件中。事实上，引起电子发射启动的电压非常高，例如，高至20V，对于一些电子应用，该电压太高。另外，该电压远高于在VLSI/ULSI技术中集成的部件的普通阈值电压。因此，期望在普通半导体电压中使用的电压的更好的兼容性。因此，本公开的目的是提供改进的真空集成电子器件。
技术实现思路
为了至少部分地解决上述和其他问题，本技术提供了一种真空集成电子器件，其具有在普通半导体电压中使用的电压的更好的兼容性。根据本技术的一个方面，真空集成电子器件，包括：导电材料的阳极区；在所述阳极区之上的绝缘区；延伸穿过所述绝缘区并且具有侧壁的腔；以及具有尖端部分的阴极区，所述尖端部分在所述腔内周边地延伸并且邻近所述腔的所述侧壁。根据一个实施例，所述阴极区是金属层，所述金属层包括与所述尖端部分一体的闭合部分，所述闭合部分在所述绝缘区之上延伸并且闭合所述腔，所述尖端部分在所述腔中从所述闭合部分延伸。根据一个实施例，所述尖端部分具有三角形截面，其具有指向所述阳极区的顶点。根据一个实施例，所述尖端部分包含多个梢端，所述多个梢端均具有总体上为半锥形的形状以及指向所述阳极区的尖端。根据一个实施例，所述尖端部分仅有两个梢端。根据一个实施例，所述尖端部分沿所述腔的所述侧壁环绕地延伸并且具有单个梢端。根据一个实施例，所述绝缘区包括多个绝缘层；所述多个绝缘层被至少一个导电层彼此分离；所述器件还包括侧绝缘层，所述侧绝缘层在所述绝缘区和所述尖端部分之间在所述腔的所述侧壁上延伸。根据一个实施例，所述器件是三极管，并且所述绝缘区包括第一绝缘层和第二绝缘层以及位于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的导电栅极层，所述腔延伸穿过所述第一绝缘层和所述第二绝缘层以及所述导电栅极层。根据本技术的另一个方面，真空集成电子器件包括：导电材料的阳极区；阴极区；位于所述阳极区和所述阴极区之间的绝缘区；以及延伸穿过所述绝缘区并且具有侧壁的腔，其中所述阴极区具有延伸到所述腔中并且延伸至所述腔的所述侧壁的尖端部分。根据一个实施例，所述阴极区是金属层，所述金属层包括与所述尖端部分一体的闭合部分，所述闭合部分在所述绝缘区之上延伸并且闭合所述腔，所述尖端部分在所述腔中从所述闭合部分延伸。根据一个实施例，所述尖端部分具有三角形截面，其具有指向所述阳极区的顶点。根据一个实施例，所述绝缘区包括多个绝缘层，所述多个绝缘层被至少一个导电层彼此分离，所述器件还包括侧绝缘层，所述侧绝缘层在所述绝缘区和所述尖端部分之间在所述腔的所述侧壁上延伸。通过本技术的真空集成电子器件，能够实现具有在普通半导体电压中使用的电压的更好的兼容性。附图说明为理解本公开，现在根据附图，描述仅作为非限制性示例的优选的实施例，其中：图1是真空微三极管结构的截面图；图2是备选的真空微三极管结构的俯视图；图3是另一个备选的真空微三极管结构的截面图；图4是本电子发射结构的透视示意截面图；图5是图4的电子发射结构的仰视图；图6A-6H是图4的电子发射器件的后续制造步骤中半导体晶片的截面图；图7A和7B是在中间制造步骤中图4的电子发射器件的仰视图；图8是图4的电子发射器件的俯视图；图9是本电子发射器件不同实施例的截面图；图10是本电子发射器件的另一个实施例的截面图；图11是本电子发射器件又一个实施例的截面图；图12是图11的电子发射器件的俯视图；以及图13是本电子发射器件的不同实施例的俯视图。具体实施方式图4示意性地示出电子发射结构或阳极50，其包括实现为第一和第二半锥51、52的尖端部分。如也在图5的仰视图中所示出的，半锥51、52在具有圆柱形状的腔54的内侧壁53上形成。因此，电子发射结构50具有第一尖端和第二尖端55、56，其由半锥51、52的顶点形成并且被布置邻近于腔54的侧壁53。所描述的发射结构50能够生成电场，相对于已知的解决方案，由于两个尖端55、56的非常尖的圆锥形状，电场能够大幅增强。事实上，当表面电场在大约2×107V/cm-1的范围时，来自金属的电子的显著发射发生。表面电场与应用的栅极电压和场增强因素有关。增强因素依赖于电子发射器的几何结构并且与电子发射器尖端的半径负相关。因此，尖端越尖，电场越强。如根据图6A-6H所描述的，图4和图5的电子发射结构50可以通过以下工艺步骤被实现。图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空集成电子器件，其特征在于，包括：导电材料的阳极区；在所述阳极区之上的绝缘区；延伸穿过所述绝缘区并且具有侧壁的腔；以及具有尖端部分的阴极区，所述尖端部分在所述腔内周边地延伸并且邻近所述腔的所述侧壁。

【技术特征摘要】
2015.11.23 IT 1020150000755861.一种真空集成电子器件，其特征在于，包括：导电材料的阳极区；在所述阳极区之上的绝缘区；延伸穿过所述绝缘区并且具有侧壁的腔；以及具有尖端部分的阴极区，所述尖端部分在所述腔内周边地延伸并且邻近所述腔的所述侧壁。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述阴极区是金属层，所述金属层包括与所述尖端部分一体的闭合部分，所述闭合部分在所述绝缘区之上延伸并且闭合所述腔，所述尖端部分在所述腔中从所述闭合部分延伸。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述尖端部分具有三角形截面，其具有指向所述阳极区的顶点。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述尖端部分包含多个梢端，所述多个梢端均具有总体上为半锥形的形状以及指向所述阳极区的尖端。5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，所述尖端部分仅有两个梢端。6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述尖端部分沿所述腔的所述侧壁环绕地延伸并且具有单个梢端。7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述绝缘区包括多个绝缘层；所述多个绝缘层被至少一个导电层彼此分离；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕蒂，M·S·金，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，意法半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT