专利名称：高频三极管型场致发射器件及其制造方法
技术领域：
本发明总地来说涉及属于用于高频应用的半导体真空管系列的微型/纳米级器 件，更具体地，涉及改进的高频三极管型场致发射器件及其制造方法。
背景技术：
正如所知，在太赫(THz)频率范围内的技术和应用传统上限于分子天文学和化学 光谱学领域。然而，太赫探测器和源的新近进展已经使该领域向新的应用敞开，包括国土安 全、测量系统(网络分析、成像)、生物与医学应用(细胞表征、热量与光谱映射)、材料表征 (近场探测、食品工业质量控制、药品质量控制)。虽然太赫传感器和源的商业应用正在增长，但这种增长以某种方式受到提供可靠 太赫源这一难题的限制，因为已经证明由于较低的电子迁移率，传统的半导体技术无法满 足要求。真空电子学而不是半导体技术的应用允许利用电子在真空中比在半导体材料中 达到更高速度的特性，从而达到更高的工作频率(名义上从GHz到THz)。真空电子器件的 一般工作原理是基于RF信号与所产生的电子束之间的相互作用；RF信号对电子束中的电 子进行速度调制以允许从电子束向RF信号传递能量。传统的老一代真空管包括产生电子束的热电子阴极，在非常高的温度 (800°c -1200°c )下工作，并且受到诸多限制，其中包括高电能要求、快速加热时间、不稳 定问题和有限的小型化。具有FEA(场致发射阵列)阴极的真空器件的引入克服了上述限制，这已经带来了 显著优势，具体地，在太赫频率放大方面，允许在室温下工作，并且实现了将尺寸降低至微 米和纳米尺度。RF源的FEA结构最先由Charles Spindt提出(加拿大的Spindt等在《应 用物理学报》1976年12月第47卷第5258-5263页的《具有钼椎体的薄膜场致发射阴极的 物理特性》中提出)，并且通常称为Spindt阴极(或冷阴极，由于低工作温度)。具体地， Spindt阴极器件由形成于导电衬底上并与之欧姆接触的微机加工的金属场致发射器锥体 或者尖端组成。每个发射器在加速场内的阳极和阴极电极之间具有自己的同心孔径；栅电 极，或者所说的控制栅极，通过二氧化硅层与阳极和阴极电极和发射器隔离。每个独立的尖 端能够产生数十微安，大型阵列理论上能够产生大发射电流密度。Spindt阴极器件的性能受到材料消耗引起的发射尖端损坏的限制，因此，全世界 都致力于为其产品寻找新型材料。具体地，通过使用碳纳米管(CNT)作为冷阴极发射器，大幅改善了 Spindt结构 (例如参见《自然》1991年第354卷第56-58页S. Iijima发表的《石墨碳的螺旋状微管》， 或者《科学》1995 年第 270 卷第 5239 号第 1179-1180 页 W. Heer、A. Chatelain、D. Ugarte 发 表的《碳纳米管场致发射电子源》)。将碳纳米管完美地石墨化为，可使用各种制造方法制造 成直径范围从约2nm到lOOnm、并且长度为几微米的圆柱管。具体地，可以认为CNT实际上 是最好的发射器之一(例如参见《应用物理A》1999年第69卷第245-254页J. M. Bernard、J. -P. Salvetat, T. Stockli, L. Forro和A. Ch^elain发表的《碳纳米管的场致发射发射 机制的应用和提示的展望》)，因此是Spindt型器件中理想的场致发射器；很多研究已经确 认了它们的场致发射特性(例如参见S. Orlanducci、V. Sessa,M. L. Terranova,M. Rossi和 D. Manno在《中国物理快报》2003年第367卷第109-114页发表的)。在这方面，图1示出了一种使用CNT作为场致发射器的已知Spindt型冷阴极三极 管器件1的示意性截面图。三极管器件1包括阴极结构2 ；通过侧面隔板4与阴极结构2隔 开的阳极电极3 ；以及与集成在阴极结构2中的控制栅5。集成有控制栅5的阴极结构2与 阳极电极3分开地形成，然后借助于侧面隔板4的插入粘合在一起。阳极电极3由起到三 极管器件阳极作用的第一导电衬底构成，而阴极结构2是多层结构，包括第二导电衬底7 ； 设置在第二导电衬底7和控制栅5之间的绝缘层8 ；凹槽9，形成该凹槽以穿透控制栅5和 绝缘层8，以露出第二导电衬底7的表面；以及Spindt型发射尖端10 (为简化示图，图1中 仅示出了一个尖端)，具体地CNT，形成于凹槽9中，与第二导电衬底7欧姆接触，并且起到 三极管器件阴极的作用。在工作期间，在对应于环绕凹槽9的区域处，控制栅5的偏压允许控制阴极结构2 产生的电子流向阳极电极3 ；位于控制栅5上方的阳极电极3的一部分收集因此而产生的 电流。在三极管器件1中，因此可以限定三极管(或有源)区(用图1中的Ia表示)， 包括位于并紧密环绕发射尖端10和凹槽9的区域，在其中产生并收集电子；三极管偏压区 lb，作为外部区域位于三极管区Ia外部，偏压信号通过三极管偏压区传递至相同的三极管 区。
发明内容
申请人:已经注意到，由于控制栅电极、阴极电极和阳极电极之间存在的大寄生电 容值，已知的Spindt型真空管三极管器件的拓扑构造(topological configuration)受到 重大了限制。此寄生电容严重限制了此型装置所能达到的工作频率、截止频率的降低、太赫 的应用、甚至微米级结构，基本上难以实施。具体地，冷阴极器件的已知实现构思存在伸出的控制栅，其与导电阴极衬底重叠， 因此形成了寄生电容的两个极板(以Ce。表示，在图1中示意性地所出)。详细地，假设控制 栅和阴极衬底模拟两个扁平并且平行的极板，该寄生栅极-阴极电容Ce。的值由C = e。ejA/ d)给出，其中e。是真空介电常数，^是阴极与控制栅之间的绝缘材料的相对介电常数，A是 重叠面积，d是阴极与控制栅之间的距离。寄生栅极-阴极电容Cec还远大于控制栅和发射 尖端之间的电容(在图1中以Cct表示)。此外，阳极电极与控制栅之间的重叠产生另外的寄生电容——栅极-阳极电容 (以ceA表示并如图1所示)合计到总寄生电容中，决定了器件截止频率的进一步降低。根据前面所述，显然该类型器件的工作频率严重依赖于、并强烈受限于其拓扑特 征。因此，本发明的主要目的是，为冷阴极真空管提供改进的拓扑构造和改进的制造 方法，以至少部分地克服上述缺点。本发明已达到该目的，正如所附权利要求所限定的，其涉及高频三极管型场致发射器件及相关制造方法。通过改变三极管型场致发射器件的典型拓扑，具体地，通过限制阴极和阳极电极 及控制栅之间的重叠面积，从而降低了在它们之间形成的总寄生电容的值，本发明达到了 上述目的；将不同导电面之间的重叠实际上限制在场致发射器件的三极管区。详细地，控制栅、阳极和阴极电极由通向各端子的各条状导线构成；各种电极仅在 三极管区重叠(具体地与其端子，允许产生并收集电子束)，而将各种导线设置为在相同三 极管区外部不互相重叠。更详细地，向/从各端子传导电信号的导线，以非零角度，具体地 以60°角(或120°，如果考虑到任意两条线之间的补角)相对于其它线中的每一条倾斜。所提出的结构的优点在所有寄生电容的影响累加的阴极阵列结构中尤其显著；具 体地，实现冷阴极器件的大型阵列而不受到由于寄生电容引起的频率限制的可能性是该结 构的关键问题之一。
为更好地理解本发明，现在将参照附图(都未按比例绘制)描述优选实施例，这些 实施例只为了举例而不解释为限制，其中图1示出了用CNT作为场致发射器的已知的Spindt型冷阴极三极管的示意性截 面图，并突出了寄生电容；图2是根据本发明的高频三极管型场致发射器件的示意性俯视图；图3是图2所示的高频三极管型场致发射器件的示意性立体分解图；图4是根据本发明的第一实施例的高频三极管型场致发射器件的截面图；图5a_5f是根据本发明第一实施例的制造高频三极管型场致发射器件的阴极结 构的方法的连续步骤中半导体晶片的立体图；图6是根据本发明的第二实施例的高频三极管型场致发射器件的截面图；图7是图6所示的高频三极管型场致发射器件的一种变型；图8是根据本发明的进一步实施例的高频三极管型场致发射器件阵列的示意性 俯视图。
具体实施例方式后面提供的讨论能够使本领域技术人员实施和使用本发明。对各种实施方式提出 的改进对于本领域技术人员将是显而易见的，且在不背离本发明的精神或保护范围的前提 下，本文的一般原理可以应用于其他实施方式和应用。因此，本发明不应当被理解为仅限于 所描述和说明的实施方式，而是其必须被赋予与本文中提出的且在所附权利要求书中限定 的原理和特征一致的最宽的保护范围。图2和图3分别示出了根据本发明的高频三极管型 场致发射器件11的示意性俯视图和立体分解图，并限定为具有“横杆结构”，而图4示出了 根据本发明的第一实施例的高频三极管型场致发射器件11的截面图。详细地，根据本发明的第一实施例，高频三极管型场致发射器件11包括集成有 阴极电极12和控制栅(或控制栅极)电极13的多层结构；阳极电极14，使用真空粘合技 术借助于侧面隔板15粘合至该多层结构来保持它们之间的电隔离。更详细地，阴极电极12设置在衬底上，具体地多层衬底16，多层衬底16包括厚
6绝缘层16c，用作整个结构的支撑；导电层16a，由硅或其他半导体或导电材料构成，用作器 件的接地层；以及覆盖绝缘层16b，例如由二氧化硅构成。阴极电极12包括阴极导线12a和 阴极端子12b，后者具有完整的圆盘形状。阴极导线12a具有主延伸方向沿第一方向χ的条 状形状，通向阴极端子12b，并穿过它沿第一方向χ从其相对部分伸出；阴极导线12a以阴 极端子12b为中心。绝缘区17，具有环面形状，设置在多层衬底16和阴极电极12上，并限定了穿过其 形成的第一凹槽18，以露出阴极端子12b的上表面。Spindt型发射尖端19 (为简化示图， 图2-4中仅示出其中一个尖端)，具体地CNT，设置在第一凹槽18内露出的阴极电极12b的 上表面上。控制栅电极13设置在阴极电极12上方，并部分地与阴极电极12重叠，具体地，其 与阴极导线12a在器件的三极管区(如先前限定地位于并紧密环绕发射尖端19和第一凹 槽18的区域，在其中产生并收集电子)Ila处重叠。控制栅电极13包括栅极导线13a和栅 极端子13b，后者具有带有内半径的环或者环面形状，S卩，例如内半径等于阴极端子12b的 半径。栅极导线13a具有主延伸方向沿第二方向y的条状形状，并通向栅极端子13b，沿第 二方向y从其相对部分伸出而不穿过栅极端子13b ；栅极导线13a以栅极端子13b为中心。 具体地，第一和第二方向X，y限定了位于平行面上的斜线，并且以非零角度定向第二方向 y，具体地，与第一方向χ成120° (或者是60°，如果考虑到补角)角(两条线之间的角限 定为在空间中平行于它们并经过同一点的任意两条线之间的任意一个角)。阳极电极14设置在阴极电极12和控制栅电极13上方，部分地与它们重叠，具体 地，在三极管区Ila处。阳极电极14形成绝缘衬底20上，绝缘衬底20借助于侧面隔板15 的插入粘合至与集成有阴极和控制栅电极的多层结构。具体地，侧面隔板15具有环面形 状，在内部限定了与第一凹槽18相等的第二凹槽21，并朝向栅极端子13b的内孔和相同的 第一凹槽18，允许所产生的电极流向阳极电极14。更详细地，阳极电极14包括阳极导线14a和阳极端子14b，后者具有半径与阴极端 子12b半径相等的完整的圆盘形状。阳极导线14a具有主延伸方向沿第三方向ζ的条状形 状，并且沿第三方向ζ从阳极端子14b的相对部分伸出，以阳极端子14b为中心。具体地， 第二和第三方向y、ζ是位于平行面上的斜线，并且以非零角度定向第三方向z，具体地，与 第二方向y成120° (或60°，如果再次考虑补角)角。因此，第一、第二和第三方向x、y、 ζ中的每一个通过与其它任意一个方向成60° (120° )角来确向。根据上述描述，其遵循三极管器件不同导电区域(即，阴极、控制栅和阳极电 极12、13、14)之间的重叠被限制在其三极管区11a，在此处产生电子并将其从阴极端子 12b(和发射尖端19)发送至阳极端子14b。具体地，由于结构的空间朝向，该重叠被限制在 阴极和阳极端子12b、14b (全部重叠)，并在栅极端子13b与阴极和阳极导线12a、14a之间 部分重叠。有利地，阴极、栅极和阳极导线12a、13a、14a互不重叠。图5a_5f (其中，相同的参考标号表示前述的同一元件)示出了根据本发明第一实 施例的制造集成有高频三极管型场致发射器件11的阴极和控制栅电极的多层结构的方法 的连续步骤。详细地，如图5a所示，该方法的初始步骤，设置多层衬底16，通过在导电层16a上 沉积或氧化形成绝缘层16b(例如，4-μπι氧化层)，导电层16a由硅构成并具有2μπι到ΙΟμπι范围的厚度(导电层16a用作器件的接地层)；在厚绝缘层16c(由二氧化硅或石英 构成)上实现导电层16a。接下来，如图5b所示，例如通过沉积在绝缘层16b上形成第一金属层；在第一金属 层上限定光阻图案(未示出)，并且对同一层进行蚀刻，以限定具有条状阴极导线12a和盘 状阴极端子12b的、连接至导线的阴极电极12。使用已知技术，例如电子束光刻，在多层衬底16上对齐光阻图案(未示出)，并且 例如通过溅射来沉积催化剂膜(Fe或Ni)，然后将其卸下(lift-off)，以在阴极端子12b上 (具体地，在其中心部分)仅留下催化剂区24。催化剂膜的厚度在几十纳米范围内(例如 5_50nm)。使用进一步的对齐，如图5d所示，例如通过溅射来沉积绝缘层，然后将其卸下，以 形成具有环绕催化剂区24的环面形状的绝缘区17。将绝缘区17设计为使阴极导线12a与 控制栅端子绝缘。绝缘层由厚度在微米范围内的氧化硅构成。再次使用合适的对齐，沉积具有约IOOnm厚度的例如铌的第二金属层(未示出)， 然后将其卸下，以限定控制栅电极13 (图5e)。具体地，控制栅电极13包括相对于阴极导线 12a以非零角度倾斜的栅极导线13a，和具有以内开口面向催化剂区24的环面形状的栅极 端子13b。然后，在栅电极13上执行阳极氧化处理，以降低电流损耗并在接下来的CNT合成 过程中保护该栅电极。接下来，如图5f所示，对该结构进行CNT合成以获得(以本身已知的方式)Spindt 型发射尖端19 ；具体地，CNT作为场致发射器形成在催化剂区24上。然后，将如上所述地形成的多层结构和阳极电极14对齐(考虑到期望的相互朝 向)并借助于侧面隔板15的插入粘合在一起，以在它们之间建立真空。具体地，首先在绝 缘衬底20(例如由玻璃或二氧化硅构成)上形成阳极电极14，使用普通的图案化技术，然后 使用诸如阳极粘合、玻璃粉(glass frit)粘合、共熔粘合、焊接接合、反应性粘合或者熔接 粘合的标准晶片间真空粘合技术将绝缘衬底20与多层结构粘合在一起。考虑到高质量真空对于确保高频三极管型场致发射器件11的可靠工作有利，所 描述的方法的变型(图中未示出)可构思形成包括诸如Ba、Al、Ti、Zr、V、Fe的合适的 反应性材料的区域，通常被认为是吸气区(getter region)。当适当激活时，吸气区可允 许捕获粘合过程中所释放的分子。对于使用吸气材料改善真空粘合的详细描述，可参考 《IEEE高级封装汇刊》2003年8月第26卷第3号的第277-282页由Douglas R. Sparks、 S. Massoud-Ansari和Nader Najafi发表的《使用NanoGetters的微型机械的芯片级真空封 装》，和《微型机械与微型工程学报》2004年第14卷的第687-692页由Yufeng Jin,Zhenfeng Wang、Lei Zhao、peck Cheng Lim、Jun Wei 和 Ehee Khuen Wong 发表的《MEMS 真空封装的 &/V/Fe薄膜》。例如，以未示出的方法，可以靠近第二凹槽21内部的阳极电极14形成该吸 气区(设置侧面隔板15以便为吸气区的形成留出空间)。根据高频三极管型场致发射器件11的第二实施例，控制栅电极13与阳极电极 14集成在一起，与之形成多层结构，而不是与阴极电极12集成。该不同结构具有某些具 体的优点，如以同一申请人的名义于2006年12月29日提交的共同未决专利申请PCT/ IT2006/000883中详细描述的，具体地，能够预防控制栅电极13和发射尖端19之间发生短 路，并进一步降低寄生电容值。如前面详细讨论的那样，阴极、控制栅极和阳极电极12、13、14的相互空间设置不变，从而相互重叠始终限于三极管区11a。由于通过对所描述的第一 实施例中的制造方法进行简单修改即可实现第二实施例，所以不再描述相关制造方法。详细地，如图6所示，在该实例中，阳极电极14形成在多层衬底16上，该衬底又包 括厚绝缘层16c、用作装置的接地层的传导层16a、以及与阳极电极14接触的叠置绝缘层 16b。绝缘区17设置在多层衬底16和阳极电极14上，并限定了第一凹槽18，露出阳极端 子14b的上表面。控制栅电极13设置在绝缘区17上，栅极端子13b的内开口朝向第一凹 槽18。在绝缘衬底20上形成阴极电极12的图案，并且在阴极端子12b的露出的上表面 上形成发射尖端19。然后，将阴极电极12和绝缘衬底20借助于侧面隔板15粘合到集成有 控制栅和阳极电极13、14的多层结构，保持它们之间的电隔离。如图7所示，该第二实施例的合理变型，可使接地层(导电层16a)与绝缘衬底20 相连接；在该实例中，在由形成于导电层16a上的绝缘衬底20构成的多层结构上形成阴极 电极12的图案。而控制栅电极13集成的阳极电极14形成在绝缘层16b上。图8示出了本发明的进一步实施例，构思形成具有前述的“横杆结构”的大量高频 三极管型场致发射器件11的阵列25。详细地，阵列25的高频三极管型场致发射器件11沿第一、第二和第三方向x、y、z 对齐。阵列25中的每个高频三极管型场致发射器件11与其它器件共享其阴极、栅极和阳 极导线12a、13a、14a，通过上述导线其分别沿第一、第二和第三方向x、y、ζ对齐。从而，沿 第一、第二或第三方向对齐的器件共享公共导线，具体地，指向该方向的阴极、栅极或者阳 极导线12a、13a、14a ；因此，高频三极管型场致发射器件11以六角形栅格排列，提供规则、 合理以及紧凑的面积占用。通过前述，根据本发明的三极管型场致发射器件的优点变得清楚明确。具体地，构思的横杆结构允许大幅降低寄生电容效应，并将器件的工作频带确实 扩展至太赫频率范围。这主要是由于不同金属表面(栅极、阴极和阳极电极)之间的重叠 被限制在器件的三极管区，而在三极管区外部，这些表面之间(具体地，在各种导线之间) 不重叠。因此，总寄生电容值大幅降低。通过考虑常用表达式，可以简单估计达到至少1太赫的截止频率的最大重叠面 积，具体地，考虑阴极和栅极端子12b、13b之间的距离为2μπι，可估计出产生1太赫的截止 频率所需要的最大重叠面积为20. OOOnm2。通过使用半径在0. 5 μ m范围内的阳极和阴极的 圆形区域，具有例如0. Ιμπι截面的阴极、栅极和阳极导线12a、13a、14a，可以容易地实现具 有该值的面积。利用这种设置，估计出的寄生电容在ICT18F范围内，因此考虑跨导gm的值在 0. 1-50 μ S范围内并且直流增益在1-500范围内(例如参见《电子学快报》2006年第42 卷第 4 号由 W. P. Kang, Y. M. Wong、J. L. Davidson、D. V. Kerns、B. K. Choi、J. H. Huang 和 K. F. Galloway发表的《碳纳米管真空场致发射差分放大整合电路》，以及《金刚石及相关材 14))2006 年第 15 卷第 1990-1993 页由 Y. M. Wong,W. P. Kang, J. L. Davidson 和 J. H. Huang 发 表的《碳纳米管场致发射整合三极管放大阵列》)，截止频率在太赫范围内。此外，由于降低了寄生电容，所描述的横杆结构非常适合于太赫频率范围内的场 致发射器件的大型阵列集成。具体地，阴极、栅极和阳极电极12、13、14的导线的所选方向，
9具体地120°倾角，允许实现非常有限的重叠面积，加之合理的阵列集成和降低的面积占 用，因此其是显著有利的。所提出的结构的实现很好地适于CNT SPindt冷阴极，因为通过使用适当图案化的 催化剂，可以在明确限定的位置处生长CNT。此外，可证明将阳极和控制栅电极集成在同一结构中(如图6和7所示)是显著 有利的，以进一步提高三极管型场致发射器件的电性能。最后，如所附权利要求中所限定的，对根据本发明的三极管型场致发射器件进行 的多种修改和变型，全部落在本发明的范围内。具体地，可构思制造方法的初始步骤提供SOI (绝缘体上硅结构，Silicon on Insulator)多层衬底；在这种情况下，可以通过对SOI衬底的硅有源层进行图案化来形成 阴极电极12 (根据第一实施例)、或者阳极电极14 (根据第二实施例)，无需沉积和蚀刻另 外的金属层。已经确实证明SOI衬底适合于碳纳米管的合成。此外，控制栅电极13的内部垂直侧可与绝缘区17的内部垂直侧隔开(因此控制 栅电极13的内半径大于阴极和阳极端子12b、14b的半径)，以在粘合过程中被侧面隔板15 所覆盖；该技术方案允许泄漏电流降低。对应于图7的变型，还可构思图4的一种变型，使导电层16a(接地层)接合至绝 缘衬底20而不是接合至绝缘层16b。因此，容易理解，器件各层的厚和制造方法的各步骤仅是指示性的，可以根据具体 需要而进行改变。具体地，为简单起见，已经参考单个阴极结构的制造描述了制造方法；然 而，阴极结构阵列的制造仅需要使用改良的光刻掩膜，重复同样基础结构。
权利要求
一种三极管型场致发射器件(11)，具体用于高频应用，包括阴极电极(12)，与所述阴极电极(12)隔开的阳极电极(14)，设置在所述阳极电极(14)和所述阴极电极(12)之间的控制栅电极(13)，以及至少一个场致发射尖端(19)；所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)在三极管区(11a)中的场致发射尖端(19)处重叠，与所述场致发射尖端(19)共同作用，以在所述三极管区中产生电子束；其特征在于，所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)在所述三极管区(11a)外部不重叠。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所 述阳极电极(14)中的每一个具有沿各条线(X，y，ζ)的主延伸方向；所述各条线(X，y，ζ) 中的每一条相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述角度约为60°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，其中，所述阴极电极(12)、所述控制栅电 极(13)和所述阳极电极(14)包括设置在所述三极管区(Ila)的各端子(12b，13b，14b)， 以及从所述各端子延伸至所述三极管区(Ila)外部的偏压区(lib)的各导线(12a，13a， 14a)，用于传导所述各端子的电信号；相互设置所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13) 和所述阳极电极(14)的导线(12a，13a，14a)使它们不重叠。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所 述阳极电极(14)的所述导线(12a，13a，14a)沿各条线(x，y，ζ)延伸；所述各条线(x，y， ζ)中的每一条相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜。
6.根据权利要求5所述的器件，其中，所述角度约为60°。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的器件，其中，所述阴极电极(12)与所述阳极电 极(14)的端子(12b，14b)在所述三极管区(Ila)重叠，所述控制栅电极(13)的端子与所 述阴极电极和所述阳极电极的导线(12a，14a)在所述三极管区(Ila)部分重叠。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所 述阳极电极(14)的所述导线(12a，13a，14a)具有条状形状，连接到所述各端子(12b，13b， 14b)，并从所述各端子(12b，13b，14b)的相对部分沿各条线(x，y，z)伸出。
9.根据权利要求7或8所述的器件，其中，所述阴极电极(12)的端子(12b)具有圆盘 形状，并且所述场致发射尖端(19)位于其顶上并与之欧姆接触；所述控制栅电极(13)的端 子(13b)具有限定了朝向所述场致发射尖端开口的凹槽(18)的环面形状；所述阳极电极 (14)的端子(14b)具有覆盖所述凹槽(18)和场致发射尖端(19)的盘状形状；所述控制栅 电极(13)的内半径不小于所述阴极电极和所述阳极电极的半径。
10.根据前述权利要求中任一项所述的器件，还包括包括所述阴极电极(12)的阴极 结构和包括所述阳极电极(14)的阳极结构，所述阴极结构和所述阳极结构分离地形成，并 借助于隔板(15)的插入粘合在一起；其中，所述控制栅电极(13)集成在所述阳极结构中。
11.一种三极管型场致发射器件(11)的阵列(25)，其特征在于，包括多个三极管型场 致发射器件(11)，每个都根据前述权利要求中任一项。
12.根据权利要求11所述的阵列，其中，所述阴极电极(12)、控制栅电极(13)和阳极 电极(14)具有沿各条线(x，y，z)的主延伸方向，并包括沿所述各条线设置的各导线(12a， 13a，14a)，其中，所述各条线(x，y，ζ)中的每一条相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜；其中，所述三极管型场致发射器件(11)沿所述各条线(χ，y, ζ)对齐，沿给定线对齐的 器件共享公共导线(12a，13a，14a)，具体地，沿所述给定线定向的所述阴极电极(12)、所述 控制栅电极(13)或所述阳极电极(14)的导线。
13.根据权利要求11或12所述的阵列，其中，所述三极管型场致发射器件(11)以六角 形栅格排列。
14.一种制造三极管型场致发射器件(11)的方法，具体用于高频应用，包括形成阴极 电极(12)、与阴极电极(12)隔开的阳极电极(14)、设置在所述阳极电极(14)和所述阴极 电极(12)之间的控制栅电极(13)、以及至少一个场致发射尖端(19)；形成所述阴极电极 (12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)，以便在三极管区(Ila)中的所述场致发 射尖端(19)处重叠，与所述场致发射尖端(19)共同作用，以在所述三极管区中产生电子 束，其特征在于，形成包括设置所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极 (14)，以便它们在所述三极管区(Ila)外部不重叠。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，设置包括设置具有沿各条线(X，y,ζ)的主延 伸方向的所述阴极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)；所述各条线(X， 1，ζ)中的每一条线相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述角度约为60°。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，形成所述阴极电极(12)、所述 控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)包括在所述三极管区(Ila)形成其各端子(12b， 13b，14b)，并且其各导线(12a，13a，14a)从所述各端子延伸至所述三极管区(Ila)外部的 偏压区(11b)，所述各导线用于传导所述各端子的电信号；其中，设置包括相互设置所述阴 极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)的所述导线(12a，13a, 14a)，以使 它们不重叠。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，相互设置包括沿各条线(x，y，z)设置所述阴 极电极(12)、所述控制栅电极(13)和所述阳极电极(14)的所述导线(12a，13a，14a)；所述 各条线(x，y，z)中的每一条相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述角度约为60°。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中，设置包括设置所述阴极电极 (12)和所述阳极电极(14)的所述端子(12b，14b)，以便在所述三极管区(Ila)重叠，并且 设置所述控制栅电极(13)的端子，使其与所述阴极电极和所述阳极电极的导线(12a，14a) 在所述三极管区部分地重叠。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，还包括在各绝缘衬底(20，16b)上 分离地形成阴极结构和阳极结构，所述形成阴极结构的步骤包括形成所述阴极电极(12)， 所述形成所述阳极结构的步骤包括形成所述阳极电极(14)；然后借助于隔板(15)的插入 将所述阴极结构和阳极结构粘合在一起；其中，形成所述控制栅电极(13)包括将所述控制 栅电极(13)集成到所述阳极结构中。
全文摘要
本发明公开了一种三极管型场致发射器件(11)，具体用于高频应用，具有阴极电极(12)、与阴极电极(12)隔开的阳极电极(14)、设置在阳极电极(14)和阴极电极(12)之间的控制栅电极(13)、以及至少一个场致发射尖端(19)；阴极电极(12)、控制栅电极(13)和阳极电极(14)在三极管区(11a)中的场致发射尖端(19)处重叠并用于与场致发射尖端共同作用，以在三极管区中产生电子束。在三极管区(11a)外部，阴极电极(12)、控制栅电极(13)和阳极电极(14)不重叠，并具有沿着各条线(x，y，z)的主延伸方向；各条线(x，y，z)中的每一条相对于其余线中的每一条以非零角度倾斜。
文档编号H01J21/20GK101971285SQ200780102391
公开日2011年2月9日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者克劳迪奥·保罗尼, 埃莱奥诺拉·彼得罗拉蒂, 弗朗西斯卡·布鲁内蒂, 里卡尔多·里奇泰利, 阿尔多·迪卡洛 申请人:塞莱斯系统集成公司