电子发射器件制造技术

提供了一种电子发射器件（１０）。该器件包括电极排布（１２），该电极排布包括至少一个阴极（１２Ａ）和至少一个阳极（１２Ｂ），所述阴极和阳极以隔开关系排布；该器件被构造为使所述至少一个阴极暴露于激励照射，由此使得电子从所述阴极射出，该器件能够用作光电发射切换器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电子发射器件，如二极管或三极管结构。
技术介绍
二极管和三极管器件被广泛用于电子领域。这些器件中的一类利用了真空微电子学的原理，即，它们的运转基于电子在真空中的弹道式运动[Brodie，Keynote address to the first international vacuum microelectronicsconference，June 1988，IEEE Trans.Electron Devices，36，11 pt.2 2637，2641(1989)；I.Brodie，C.A.Spindt，in“Advances in Electronics and ElectronPhysics”，vol.83(1992)，p.1-106]。根据真空微电子学的原理，当被局部施加了极高的电场(超过1V/nm)时，电子通过场发射而从阴极射出，并穿过障壁电位(barrier potential)[R.H.Fowler，L.W.Nordheim，Proc.RoyalSoc.London A 119(1928)，p.173]。美国专利No.5,834,790公开了一种具有场发射冷阴极的真空微器件。该器件包括第一电极和第二电极。第一电极具有带尖锐顶端的突出部分。在第一电极的除突出部分的该尖锐顶端以外的区域中形成有绝缘膜。第二电极形成在该绝缘膜上的除了该突出部分的尖锐顶端之外的区域中。结构基板与第一电极的下表面相结合，并在与第一电极的下表面结合的表面中具有凹陷部分。该凹陷部分的尺寸大到足以覆盖在第一电极的下表面上形成的反映突出部分的尖锐顶端的凹陷。形成在结构基板中的凹陷部分的内部与该器件外部的大气相通。第二电极的表面上形成有支撑结构，用于包围形成在第一电极上的各个突出部分。利用这种结构可以提供一种真空微器件，其能够抑制由于空隙(void)而导致的特性变化，并表现出良好的长期稳定性。另一类三极管(晶体管)是基于“固态微电子学”原理的半导体器件，其中电荷载流子被限定在固体中，并在与晶格的相互作用中减少[S.M.Sze，Physics of semiconductor devices，Interscience，2ndedition，New York]。在这种器件中，在半导体中传导电流，所以电子的移动速度受到晶格或其中的杂质的影响。基于半导体的有源电子器件的主要缺点是，电子迁移受到半导体晶格的阻碍，这对于这些器件的小型化和切换速度都产生了限制。真空微电子器件具有超过固态微电子器件的潜在优势。因为真空微电子器件仅基于金属和电介质，所以它们具有对于不利环境状况(诸如温度和辐射)的高度免疫力。这些器件可以实现非常高的工作频率，因为电子的速度并没有受到与晶格的交互作用的限制[T.Utsumi，IEEE Tans.Electron Devices，38，10，2276(1991)]。通常，真空微电子器件具有良好的输出电路(输电回路)特性低输出电导、高电压和高功率处理能力。然而，其输入电路(控制回路)特性相对较差它们具有低电流承载能力(current capability)、低跨导、高调制/接通电压以及较差的噪声特性。结果，尽管在该领域进行了大量的研究工作，但是这些器件仅在极个别应用中得到了应用，尤其是RF信号放大器和源[S.Iannazzo，Solid StateElectronics，36，3，301(1993)]。大多数目前的电子装置都基于如下器件，该器件由基于Si或者化合物半导体的结构制成。由于这些器件的固有电阻率，电子在器件中的传输会产生热量。该热量是试图使每个给定面积的集成电路内的晶体管的数目最大化的主要障碍。已经开发出了使用microtip型真空晶体管的半导体器件。其中，电子在真空中移动，因此是以最高速度移动。因此，真空晶体管可以在超高速度下工作。然而，它们的缺点在于不稳定、具有相对短的寿命，以及需要相对高的电压来进行工作。美国专利No.6,437,360公开了一种类似MOSFET的平面(flat)或垂直晶体管结构以实现真空场晶体管(VFT)，其中电子在真空自由空间中行进，因此实现了使用这种结构的器件的高速运作。平面型结构由以下部分构成由导体制成的源极和漏极，该源极和漏极在薄沟道绝缘体上隔开预定距离，其间具有真空沟道；由导体制成的栅极，该栅极以一定宽度形成在源极和漏极下方，该沟道绝缘体用于使栅极与源极和漏极绝缘开；以及绝缘体，其用作用于支撑沟道绝缘体和栅极的基底。该真空场晶体管包括位于源极与真空沟道之间以及漏极与真空沟道之间的接触区域中的低功函材料。垂直型结构包括形成在沟道绝缘体上的导电的连续环型源极，其中央为空；形成在沟道绝缘体下方的导电栅极，其跨越源极延伸；绝缘体，其用作支撑栅极和沟道绝缘体的基底；绝缘壁，其竖立在源极上，形成了密闭的真空沟道；以及形成在真空沟道上方的漏极。在这两种类型中，都在栅极、源极和漏极之间施加了适当的偏压，以使得电子能够经由真空沟道从源极被场发射到漏极。
技术实现思路
在本
中存在以下需求通过提供新颖的电子发射器件，总体上显著地提高电子器件的性能，特别是晶体管的性能，并使其制造和操作便捷化。根据本专利技术的电子发射器件基于一种新技术，与所指定种类的传统器件相比，其能够消除对于器件内部的真空环境的需要，或者至少显著地降低对于其的需求；使得能够在阴极与阳极之间更大的距离下有效地进行器件操作，以及更加稳定、能够在高电流下进行的操作，并且该电子发射器件实际上不会产生极大的能量浪费，并且抗辐射。这些是通过利用光电效应而实现的，根据光电效应，只要光子能量超过该导电材料的功函，则光子被用于将电子从固体导电材料射出。本专利技术的器件被构造为电子发射切换器件。术语“切换”表示使流经器件的电流(阴极与阳极之间的电流)发生变化，包括诸如以下的效果工作模式与非工作模式之间的切换、改变电流、放大电流等。这种切换可以通过以下方式来实现在保持该器件的电极之间的特定电势差的同时改变阴极的照射；或者在维持阴极的照射的同时改变该器件的电极之间的电势差；或者这些技术的组合。根据本专利技术的一个广泛方面，提供了一种电子发射器件，包括如下电极排布，该电极排布包括至少一个阴极和至少一个阳极，所述阴极和阳极以隔开关系排布；该器件被构造为使所述至少一个阴极暴露至激励照射，由此使得电子从所述阴极射出，该器件能够用作光电发射切换器件。第一电极与第二电极之间的间隙可以是气体介质间隙(如空气)或者真空间隙。间隙中的气压低到足够保证从阴极加速到阳极的电子的平均自由程大于阴极与阳极之间的距离(大于间隙长度)。电极可以由金属或半导体材料制成。优选地，阴极具有相对较低的功函或者负的电子亲和势(如同在钻石和涂铯的GaAs表面中)。这可以通过用适当的材料来制造电极或者/以及通过在阴极上提供有机或无机涂层(在表面上产生偶极层的涂层，其降低了功函)来实现。阴极可以形成有带尖锐边缘的部分，如，该部分的横截面尺寸基本上不超过60nm(如，半径30nm)。该器件与控制单元相关联，该控制单元用于实现切换功能。该控制单元可以进行操作以保持阴极的照射，以及通过影响阴极与阳极之间的电势差来影响切换并由此影响它们之间的电流。另选地，该控制单元可以通过对照射组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子发射器件，包括具有至少一个阴极和至少一个阳极的电极排布，所述阴极和阳极以隔开关系排列；该器件被构造为使所述至少一个阴极暴露于激励照射，由此使得电子从所述阴极射出，该器件能够用作光电发射切换器件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-7-22 60/488,797;US 2003-11-6 60/517,3871.一种电子发射器件，包括具有至少一个阴极和至少一个阳极的电极排布，所述阴极和阳极以隔开关系排列；该器件被构造为使所述至少一个阴极暴露于激励照射，由此使得电子从所述阴极射出，该器件能够用作光电发射切换器件。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述阴极和阳极被气体介质间隙隔开。3.根据权利要求1所述的器件，其中所述阴极和阳极被真空间隙隔开。4.根据权利要求2所述的器件，其中气压被选择为足够低，以确保从阴极加速到阳极的电子的平均自由程大于阴极与阳极之间的间隙的长度。5.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，其中所述电极排布包括以隔开关系排列的阳极的阵列。6.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，其中所述电极排布包括以隔开关系排列的阴极的阵列。7.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，可以通过影响阳极电流来控制阴极与阳极之间的电流，通过执行以下操作中的至少一个而使阳极电流受到影响改变阴极与阳极之间的电势差，同时保持阴极的特定照射；修正阴极的照射，同时保持阴极与阳极之间的特定电势差。8.根据权利要求1至6中任意一项所述的器件，其中所述电极排布包括与阴极和阳极电绝缘的至少一个附加电极。9.根据权利要求8所述的器件，其中所述附加电极被构造为位于阴极与阳极之间的栅格。10.根据权利要求8或9所述的器件，其中所述附加电极容纳在与阴极和阳极所处的平面隔开的平面内。11.根据权利要求8或9所述的器件，其中这些电极位于不同的平面内。12.根据权利要求8至11中任意一项所述的器件，其中所述至少一个附加电极可以用来控制阴极与阳极之间的电流。13.根据权利要求12所述的器件，可以通过改变提供给所述至少一个附加电极的电压，同时保持阴极的照射并保持阴极与阳极之间的特定电势差，由此影响阳极电流，来控制阴极与阳极之间的电流。14.根据权利要求12所述的器件，可以通过改变提供给所述至少一个附加电极的电压，并修正阴极的照射，由此影响阳极电流，来控制阴极与阳极之间的电流。15.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，其中所述阴极形成有带尖锐边缘的部分。16.根据以上权利要求1中任意一项所述的器件，包括照射组件，该照射组件可以利用包括用于使电子从阴极射出的激励照射在内的波长范围而工作。17.根据权利要求16所述的器件，其中所述照射组件包括以下中的至少一个低压放电灯、高压放电灯、连续波激光器件、脉冲激光器件、至少一个非线性晶体，以及至少一个发光二极管。18.根据权利要求17所述的器件，其中所述照射组件包括Hg灯。19.根据权利要求17所述的器件，其中所述照射组件包括Xe灯。20.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，其中所述阴极涂覆或掺杂有有机或无机材料。21.根据以上权利要求中任意一项所述的器件，其中这些电极由金属材料制成。22.根据权利要求1至20中任意一项所述的器件，其中这些电极由半导体材料制成。23.根据权利要求1至20中任意一项所述的器件，其中所述阴极和阳极之一由金属制成，另一个由半导体材料制成。24.根据权利要求1至20中任意一项所述的器件，其中所述阴极和阳极之一由金属制成，另一个由金属和半导体的混合物制成。25.根据权利要求1至20中任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃雷兹哈拉米，龙纳曼，
申请(专利权)人：曳达研究和发展有限公司，埃雷兹哈拉米，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]