人在2013年3月12日提交的美国专利申请号13/796,943中提出用于更有利于制造的微型数字真空电子设备的方案，该美国专利申请的公开内容据此通过引用并入本文。特别地，H.Manohara等人描述了不需要使用栅极电极的微型数字真空电子设备。尽管如此，在许多情况下，可能需要确实需要使用栅极电极的更复杂的真空电子器件；因此，制造面临的挑战在这些情况下可能仍然存在。
[0042]重要的是，虽然微型数字真空电子设备内包括CNT可以提供许多优点，但是基于CNT的真空电子设备的制造可能是具有挑战性的。例如，在其中使用单片集成技术制造包括多个电极的基于CNT的真空电子设备的许多情况下，所利用的处理技术通常基本上是密集的过程并导致低产量。这可以归因于制造此类复杂器件的难度，并且也归因于实施CNT造成的独特挑战。例如，精确地控制CNT的生长可能是困难的，这常常是通常使用的制造过程的最后步骤。此外，CNT容易移动(且由此可以产生短路)，并且因此，必须非常小心，以确保CNT的适当的最后对准。由于此类制造面临的挑战，通常难以大批量地制造此类基于CNT的微型电子器件。
[0043]因此，本发明的许多实施例提供可以解决上述缺点中的一些缺点的更加专业的制造过程。例如，在许多实施例中，构成部件被单独地制造，随后堆叠，且然后密封在真空装盒中。重要的是，叠层内的部件可以包括特征部和/或子部件，以促进它们的精确对准。因此，许多实施例包括对准槽，由此诸如微球体等的对准特征部可以用于促进对准过程。
[0044]现在在下面更详细地讨论用于制造基于碳纳米管的真空电子器件的过程。
[0045]用于制造基于碳纳米管的真空电子器件的过程
[0046]在本发明的许多实施例中，基于CNT的真空电子器件的制造设计为效率高的，并且在许多情况下，有利于所述器件的批量制造。在许多实施例中，构成部件被单独地制造且然后组装到要包封在真空密封容器中的叠层中；在许多实施例中，叠层包括促进对准过程的特征部和/或子部件。
[0047]图1中示出用于制造基于CNT的真空电子器件的过程。过程100包括使碳纳米管生长到衬底上以形成阴极102。可以实施用于使CNT生长的任何合适的技术，并且可以以任何合适的方式使CNT生长。例如，CNT可以根据上述通过引用并入的美国专利号7，834，530生长；因此，CNT可以生长为设置在衬底上的多个纳米管束，其中所述束的直径在约I μπι和约2μπι之间，并且其中所述CNT束以约5μ??的距离彼此间隔开。如在美国专利号7，834，530中说明的，此类配置可以产生有利的性能特性。此外，它们可以根据H.Manohara等人的美国专利申请号14/081，932提供的指导生长，该美国专利申请的公开内容据此通过引用并入本文。美国专利申请号14/081，932公开了通过使具有催化剂的基板图案化，在催化剂上生长碳纳米管，以及将衬底加热到其中它开始软化使得至少一个碳纳米管的至少一部分由软化的衬底包封的程度，可以实现稳固的基于碳纳米管的场致发射器。以这种方式，碳纳米管可以很好地粘附到衬底上。美国专利申请号14/081，932公开了衬底可以包含钛；因此，在本发明的许多实施例中，衬底包含钛。当然，应该理解的是，虽然已经讨论了用于使CNT生长到衬底上的若干技术，但是用于这样做的任何合适的技术可以根据本发明的实施例来实施。
[0048]过程100还包括步骤104，即:组装包括阴极、阳极和包括对准槽的至少第一层的叠层。通常，叠层可以限定基于CNT的真空电子器件的主体。叠层还可以包括各种构成部件中的任何构成部件，以便实现基于CNT的真空电子器件的期望功能。例如，叠层可以包括附加的电极，如引出电极、栅极/栅电极、加速电极和/或聚焦电极；介电层；和/或可以容纳叠层内的部件的层。通常，栅极/栅电极可以允许相对小的电压变化，以引起非常大的阳极电流变化。另一方面，聚焦电极可以用于增加电子束密度，从而通过将其聚焦到叠层内的相关联电极上来增加电流密度。引出电极可以与栅极/栅电极结合使用，并且可以减小调节电流所需的电压(例如，约< IV)。通过示例的方式，引出电极和/或栅极电极可以包括下列之一:微机械加工娃栅(例如，在JPL开发的那些娃栅)和电铸金属网(例如，如由诸如BUCKBEE-MEARS公司等商业实体出售的那些TEM栅或标准滤网)。此外，介电层可以是云母或其他可机械加工的陶瓷。在一些实施例中，介电层的厚度在约ΙΟμπι和约ΙΟΟμπι之间。
[0049]重要的是，构成部件可以在组装之前单独地制造。以这种方式，每个部件可以被定制，以便实现期望的特性。因此，例如，每个构成部件的制造都可以采用不同于用于其他部件的那些制造技术的制造技术。此外，各个部件可以以定制的精密水平制造。这种灵活性水平可以最终允许制造更稳固的基于CNT的真空电子器件。此外，由于构成部件可以被单独地制造，所以它们可以以高的保真度水平(例如，在严格规定的容差内)来生产。在每个构成部件根据高的保真度水平来生产的情况下，所得的基于CNT的真空电子器件可以具有较高的质量。
[0050]包括对准槽的第一层可以根据本发明的实施例与任何部件相关联。例如，在一些实施例中，包括对准槽的第一层是阴极支承件。在许多实施例中，包括对准槽的第一层是栅极支承件。在若干实施例中，第一层是阴极衬底。通常，第一层可以由叠层内的任何部件实现。
[0051]图2示出可以用于支撑叠层内的部件的根据本发明的实施例的支承件。该支承件可以根据本发明的实施例用于支撑例如阴极或栅极。在该图中，支承件200被示出包括用于容纳叠层内的部件的切口(carve out) 202，并且还包括可以用于促进叠层内部件的对准的对准槽204。当然，应该理解的是，对准槽204可以具有任何合适的形状，并且不局限于图2中所示的外形格局。
[0052]步骤106:在叠层的组装期间，将微球体设置在对准槽内，使得它们从所述槽伸出。以这种方式，它们可以帮助在空间上使叠层内的部件定向。图3示出微球体可以如何设置在对准槽内，以使在用于根据本发明的实施例形成三极管的叠层内的部件在空间上定向。特别地，该图示出阴极302、阴极支承件304、栅极306和栅极支承件308的分层。如在该图中所示，微球体310可以用于促进各层的适当对准。特别地，示出了微球体310被设置在对准槽312内，使得所述微球体从所述对准槽伸出，并且可以由此确立相邻层之间的期望分离距离。以这种方式，微球体可以促进精确对准。微球体可以使用任何合适的技术来安置在对准槽中。在一些实施例中，末端执行器用于安装微球体。在许多实施例中，末端执行器是下列之一:真空镊子和定制设计的微机械加工的活动夹钳。当然，用于放置微球体的任何合适的技术都可以被实施。也应当注意的是，虽然描述并讨论了微球体，但是任何合适的子部件都可以用于促进叠层中的各层之间的精确对准。
[0053]在许多实施例中，微球体不用于促进对准并且相反，精确对准由在包括对准槽的叠层内的部件促进。图4示出了根据本发明的实施例的不利用微球体的构成部件的分层。特别地，阴极衬底402和栅极404使用具有对准槽406的板来对准。
[0054]通常，任何相容的组装技术分批可以根据本发明的实施例并入。例如，在许多实施例中，自动化(和/或半自动化)机械可以用于促进叠层的组装。因此，在许多实施例中，贴片技术与构成部件分层结合使用以形成根据本发明的实施例的叠层。自动化和/或半自动化可以大大地促进基于CNT的真空电子器件的批量制造。在许多实施例中，叠层在组装之后和在最后真空密封之前被结合。例如，在许多实施例中，使用环氧树脂(例如UV固化环氧树脂或热固化环氧树脂)结合叠层。例如，在许多实施例中，叠层被使用机械紧固件以机械方式结合。在许多实施例中，构成部件被间歇地分层和粘贴。因此，例如，在一些实施例中，叠层内的第一构成部件和第二构件部件被分层，并且在包括附加的构成部件之前彼此结合(例如，经由环氧树脂)；在添加附加的构成部件的情况下，所述附加的构成部件可以在添加另外的构成部件之前结合到叠层。在许多实施例中，叠层的对准在