電子發(fā)射冷陰極器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種器件(11,21)，其包括：陰極(14)，該陰極位于陰極平面上并且在有源區(qū)(11a)中包括具有平行于第一參考方向(z)的主延伸方向的一個或多個陰極直指狀端子(14b)；對于每個陰極端子(14b)而言，一個或多個電子發(fā)射器(14c)形成在所述陰極端子(14b)上并且與之歐姆接觸；以及柵電極(15)，該柵電極(15)位于平行于所述陰極平面并與所述陰極平面間隔開的柵極平面上，柵電極不與陰極(14)重疊，并且柵電極在有源區(qū)(11a)中包括具有平行于第一參考方向(z)的主延伸方向的兩個或更多個柵極直指狀端子(15b)；其中，柵極端子(15b)與所述陰極端子(14b)交錯。
【專利說明】電子發(fā)射冷陰極器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及屬于用于高頻應(yīng)用的半導(dǎo)體真空管族類的微米量級/納米量級 的電子器件，并且特別涉及用于高頻應(yīng)用的電子發(fā)射冷陰極器件。更具體地，本發(fā)明涉及冷 陰極三極管和冷陰極電子槍。

【背景技術(shù)】
[0002] 如已知的，能夠在兆赫（THz)量級下操作的技術(shù)已傳統(tǒng)地限于分子天文學(xué)和化學(xué) 光譜學(xué)。然而，以在THz波段的頻率操作的檢測器和源方面的近來的進(jìn)步已使該領(lǐng)域向新 的應(yīng)用展開，諸如國土安全系統(tǒng)、測量系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)分析和成像）、生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用（細(xì)胞表 征、熱與光譜標(biāo)測）以及材料表征（近場探測、食品產(chǎn)業(yè)質(zhì)量控制和醫(yī)藥質(zhì)量控制）。
[0003] 盡管以在THz波段的頻率操作的傳感器和源的商業(yè)應(yīng)用正在增長，然而這樣的增 長在某種程度上受到提供以THz頻率操作的可靠源的困難所限制，并且由于這樣的限制， 傳統(tǒng)的半導(dǎo)體技術(shù)由于電子移動性的不足而已經(jīng)顯示為不合要求的。
[0004] 使用真空電子而非半導(dǎo)體技術(shù)允許電子的性能在真空中相比在待利用的半導(dǎo)體 材料中達(dá)到更高的速度，并且因此實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率（標(biāo)稱地從GHz到THz)。真空電子 器件的基本工作原理是基于射頻（RF)信號與所產(chǎn)生的電子束之間的相互作用；RF信號對 電子束中的電子施加速度調(diào)制，從而允許能量從電子束轉(zhuǎn)移至RF信號。
[0005] 常規(guī)的老一代真空管包括用于產(chǎn)生電子束的熱陰極，其在非常高的溫度 (800°C -1200°C )下操作并且受到很多限制，這些限制包括：高電力要求、長的升溫時間、不 穩(wěn)定問題和有限的小型化。
[0006] 已通過引入具有FEA(場發(fā)射陣列）陰極的真空器件來解決前述限制，這帶來了顯 著的優(yōu)點(diǎn)，特別是對于在THz波段的頻率放大而言，使得能夠在室溫下工作并且實(shí)現(xiàn)將尺 寸降低至微米和納米級。用于RF源的FEA結(jié)構(gòu)首先由Charles Spindt提出（C. A. Spindt 等，"Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones, Journal of Applied Physics, vol. 47, 1976. 12，第 5248-5263 頁），并且通常被稱 為Spindt陰極（或由于低的操作溫度而稱為冷陰極）。特別地，Spindt陰極器件采用形成 在導(dǎo)電基板上的微加工金屬電子發(fā)射器尖端或錐并且與其歐姆接觸。每個發(fā)射器在陽電極 與陰電極之間的加速場中具有其自身的同軸孔徑。柵電極（也已知為控制或調(diào)制柵）通過 二氧化硅層與陽電極和陰電極隔離并且與發(fā)射器隔離。電子發(fā)射器尖端的大型陣列（其每 一個均能夠產(chǎn)生幾十微安）理論上能夠產(chǎn)生大的發(fā)射電流密度。
[0007] Spindt陰極器件的性能受到由于材料磨損而對電子發(fā)射器尖端造成的損害的限 制，并且出于這種原因，全世界已作出大量努力以尋找用于其生產(chǎn)的創(chuàng)新型材料。
[0008] 特別地，已經(jīng)通過將碳納米管（CNT)用作冷陰極發(fā)射器極大地改進(jìn)了 Spindt結(jié)構(gòu) (見例如，S. Iijima，Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, 1991, vol. 354, 第 56-58 頁，或者 W. Heer, A. Chatelain, D. Ugarte, A carbon nanotube field-emission electron source,Science, 1995,vol. 270,Issue 5239，第 1179-1180 頁）。
[0009] 碳納米管（CNT)優(yōu)選地是能夠使用各種制造工藝來制造的具有范圍從大約2nm至 l〇〇nm的直徑以及幾個微米的長度的石墨化柱形管。
[0010] 特別地，CNT可被認(rèn)為是本質(zhì)上最好的發(fā)射器之一（見例如，J·EB0nard，J· P. Salvetat, T. Stockli, L. Forro 和 k. Chatelaill, Field emission from carbon nanotubes:perspectives for applications and clues to the emission mechanism，Applied Physics A, 1999,Vol. 69，第 245-254 頁），并且因此是 Spindt 類型器件中的理想電子發(fā)射器；許多研究已經(jīng)認(rèn)識到它們的場發(fā)射性能（見例如， S. Orlanducci, V. Sessa, M. L. Terranova, M. Rossi 和 D. Manno, Chinese Physics Letters, 2003, Vol. 367,第 109-114 頁）。
[0011] 關(guān)于此，圖1示出了已知的Spindt型冷陰極器件特別是Spindt型冷陰極三極管 (其將CNT用作電子發(fā)射器并且在圖1中整體由參考標(biāo)號1表示）的示意性截面視圖。
[0012] 特別地,如在圖1所示,三極管1包括：
[0013] ?陰極結(jié)構(gòu)2;
[0014] ?陽電極3,通過橫向間隔件4與陰極結(jié)構(gòu)2間隔開；以及
[0015] ?柵電極5,集成在陰極結(jié)構(gòu)2中。
[0016] 單獨(dú)地形成具有集成的柵電極5的陰極結(jié)構(gòu)2和陽電極3并且隨后利用插入的橫 向間隔件4鍵合在一起。用作三極管器件1的陽極的陽電極3由第一導(dǎo)電基板制成，而陰 極結(jié)構(gòu)2是多層結(jié)構(gòu)，其包括：
[0017] ?第二導(dǎo)電基板7;
[0018] ?介電層8,布置在第二導(dǎo)電基板7與柵電極5之間；
[0019] ?凹部9,形成為穿透柵電極5和介電層8,以暴露第二導(dǎo)電基板7的表面；以及
[0020] · Spindt型電子發(fā)射器尖端10 (出于便于描述，在圖1中僅示出一個電子發(fā)射器 尖端10)，特別地為碳納米管（CNT)或納米線，形成在凹部9中與第二導(dǎo)電基板7歐姆接觸 并且其用作三極管器件1的陰極。
[0021] 在操作過程中，使柵電極5偏壓允許在對應(yīng)于且圍繞凹部9的區(qū)域中控制由陰極 結(jié)構(gòu)2產(chǎn)生的朝向陽電極3的電子流；由此產(chǎn)生的電流通過陽電極3的置于柵電極5之上 的部分來收集。
[0022] 在三極管1中，因此可限定：
[0023] ?有源（三極管）區(qū)域la，其包括對應(yīng)于且緊密圍繞電子發(fā)射器尖端10和凹部9 的區(qū)，在該區(qū)中產(chǎn)生和收集電子；以及
[0024] ?偏壓區(qū)域lb，作為有源區(qū)域la外部的區(qū)域，偏壓信號通過該區(qū)域傳遞至有源（三 極管）區(qū)域la。
[0025] Spindt型冷陰極三極管（諸如例如在圖1中示出的三極管1)的外觀 (topographical)配置受到由存在于柵電極與陽電極和陰電極之間的高寄生電容而導(dǎo)致的 重大限制。這些寄生電容嚴(yán)重地限制了這種類型的器件能夠達(dá)到的工作頻率，降低了截止 頻率并且使得THz應(yīng)用實(shí)質(zhì)上不可行，甚至對于微米級結(jié)構(gòu)也是如此。
[0026] 特別地，這些寄生電容是由于柵電極、陽電極與陰電極的重疊而導(dǎo)致的。
[0027] 由 C.A. Spindt、C.E. Holland、A.Rosengreen 和 I.Brodie 在 "Field-emitter-array development for high-frequency operation" （Journal of Vacuum Science&Technology B: Microe1ectronics and Nanometer Structures, Vol.ll，Issue2, 1993. 3,第 468-473 頁）中描述了用于具有 Spindt 型 FEA 陰極的真空器件的部分降低前述寄生電容的外觀配置。特別地，"Field-emitter-array development for high-frequency operation"描述了其中陰電極和柵電極僅在三極管的 有源區(qū)域重疊的Spindt型的冷陰極三極管（關(guān)于此，請具體參照所述文章的圖2和圖4)。 在 "Field-emitter-array development for high-frequency operation，'中呈現(xiàn)的三極 管機(jī)構(gòu)允許實(shí)現(xiàn)在千兆赫（GHz)的量級的工作頻率，然而由于陰電極與柵電極在有源區(qū)域 的重疊而導(dǎo)致的殘余寄生電容，使得該三極管結(jié)構(gòu)不允許達(dá)到在THz波段的頻率。
[0028] 此外，授予本 申請人:的歐洲專利EP2223325也描述了一種能夠降低前述寄生電容 的用于Spindt型的冷陰極三極管的創(chuàng)新型外觀配置。
[0029] 特別地，EP2223325描述了特別用于高頻率應(yīng)用的包括多層結(jié)構(gòu)的三極管，其包 括：
[0030] ?陰電極；
[0031] ?陽電極，與陰電極間隔開；
[0032] ?柵電極，放置在陽電極與陰電極之間；以及
[0033] ?至少一個電子發(fā)射器尖端。
[0034] 詳細(xì)地，在根據(jù)EP2223325的三極管中，陰電極、柵電極和陽電極：
[0035] ?形成在多層結(jié)構(gòu)的不同層中，以在電子發(fā)射器尖端處的有源（或三極管）區(qū)域中 重疊并且與所述電子發(fā)射器尖端協(xié)作以在所述有源區(qū)域中產(chǎn)生電子束；
[0036] ?不在有源區(qū)域之外重疊；并且
[0037] ?每一個均具有沿著相應(yīng)線的相應(yīng)主延伸方向，其中所述相應(yīng)線位于平行平面上 并且分別相對于其他所有相應(yīng)線以非零的角度傾斜。
[0038] 第二種類型的真空器件為所謂的電子槍。如已知的，電子槍是產(chǎn)生精確動能的器 件并且能夠：
[0039] ?通常用作用于電視或監(jiān)控器或者其他儀器（諸如例如電子顯微鏡和粒子加速 器）中的陰極射線管部件；并且
[0040] ?特別地用于制作真空放大器，諸如行波管（TWT)放大器或速調(diào)管真空管。
[0041] 通常，電子槍包括：
[0042] ?陰極結(jié)構(gòu)；
[0043] ?聚焦柵，放置于陰極結(jié)構(gòu)周圍；
[0044] ?收集器，與陰極結(jié)構(gòu)間隔開；以及
[0045] ?陽極結(jié)構(gòu)，插入在陰極結(jié)構(gòu)與收集器之間并且包括孔，該孔完全穿過陽極結(jié)構(gòu)并 且在第一端處面向陰極結(jié)構(gòu)并且在第二端處面向收集器。
[0046] 在使用中，陰極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電子束，聚焦柵將由陰極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電子束聚焦到陽極 結(jié)構(gòu)的孔上，陽極結(jié)構(gòu)由于相對于聚焦柵的巨大電勢差而對穿過孔的電子束進(jìn)一步加速和 聚焦，同時收集器接收離開陽極結(jié)構(gòu)的孔的電子流。
[0047] 調(diào)制柵（或柵電極）可便利地集成到電子槍的陰極結(jié)構(gòu)中。以這樣的方式，可通 過在所述調(diào)制柵上施加 RF信號直接地調(diào)制所發(fā)射的電流。發(fā)射電流的直接調(diào)制已用在熱 陰極上（見例如，A.J.Lichtenberg, Prebunched beam traveling wave tube studies, IRE Trans. Electron Devices, 1962, vol. ED-9,第 345 - 351 頁），以這樣的方式獲得在真空管 效率和增益方面的優(yōu)點(diǎn)。特別地，在"Prebunched beam traveling wave tube studies" 中，描述了通過使用頻率調(diào)制的熱陰極而使TWT放大器的效率增加了 20%至35%的。然而 不幸的是，由于陰極與調(diào)制柵之間的大距離而使得在這種類型的真空管中調(diào)制被限于2GHz 的最大值。
[0048] 替代地，通過使用冷陰極，可超過利用熱陰極可獲得的2GHz的極限。特別地， 在過去已證實(shí)使用直接調(diào)制的Spindt類型冷陰極（其中，可以2GHz以上的頻率調(diào)制 電子束）來制造電子槍的可能性（見例如，〇.1?.11^167，13.]\1631111〇11，￥.0.!16；[11611，1(· E. Kreischer, C. E. Holland 和 C. A. Spindt, Experimental Demonstration of an Emission-Gated Traveling-Wave Tube Amplifier, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol. 30, No. 3, 2002)。
[0049] 歐洲專利申請EP2113934A2描述了一種用于圖像顯示設(shè)備的電子源，其中，該電 子源包括連接至基板上的掃描線和調(diào)制線的矩陣配線的多個電子發(fā)射器器件。
[0050] 特別地，根據(jù)EP2113934A2,每個電子發(fā)射器器件包括連接至掃描線的陰電極、連 接至調(diào)制線的柵電極以及多個電子發(fā)射器構(gòu)件。
[0051] 詳細(xì)地，根據(jù)EP 2 113 934 A2,對于每個電子發(fā)射器器件而言：
[0052] ?陰電極具有第一梳狀結(jié)構(gòu)并且被配置為將陰極電勢施加至多個電子發(fā)射器構(gòu) 件；
[0053] ?柵電極具有第二梳狀結(jié)構(gòu)并且被配置為將柵極電勢施加至多個電子發(fā)射器構(gòu) 件；
[0054] ?第一梳狀結(jié)構(gòu)配備有多個第一梳齒以及將第一梳齒連接至掃描線的梳柄部分；
[0055] ?第二梳狀結(jié)構(gòu)配備有多個第二梳齒以及將第二梳齒連接至調(diào)制線的梳柄部分； 以及
[0056] ?連接電極，電連接至所述第一或第二梳齒。
[0057] 在EP2113934A2中描述的電子源具有帶有多個直角的非常"有角度的"結(jié)構(gòu)。在 這點(diǎn)上，可參照例如EP2113934A2的圖3和圖5A，其中可以注意到：
[0058] ?陰極的梳齒（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記2a、2b和2c表示）與陰極的 梳柄部分（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記2d表示）之間的90°角；
[0059] ?陰極的梳齒與相應(yīng)電極（在EP2113934A2的圖5A中由附圖標(biāo)記6A、6B、6C和6D 表示）之間的90°角；
[0060] ?陰極的梳柄部分的90°彎曲；
[0061] ?陰極的梳柄部分與掃描線（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記32表示）之間 的90°角；
[0062] ?柵電極的梳齒（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記5a、5b和5c表示）與柵電 極的梳柄部分（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記5d表示）之間的90°角；
[0063] ?柵電極的梳齒與相應(yīng)電極（在EP2113934A2的圖5A中由附圖標(biāo)記90A、90B、90C 和90D表示）之間的90°角；以及
[0064] ?柵電極的梳柄與調(diào)制線（在EP2113934A2的圖3中由附圖標(biāo)記33表示）之間的 90。角。
[0065] 前述有角度的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重地限制了在EP2113934A2中描述的電子源的工作頻率，有 力地阻止了達(dá)到在THz波段的頻率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0066] 為了開發(fā)用于電子發(fā)射冷陰極器件的能夠至少部分地減輕已知的電子發(fā)射冷陰 極器件的缺陷并且特別地增大電子發(fā)射冷陰極器件的工作頻率的外觀配置的目的，本申請 人已開展了深入研究。
[0067] 詳細(xì)地，本 申請人:為了開發(fā)用于電子發(fā)射冷陰極器件的外觀配置的目的已經(jīng)開展 了深入研究，該外觀配置：
[0068] ?如果被用于制造電子發(fā)射冷陰極三極管，則通過至少部分地降低寄生電容（特 別是嚴(yán)重地限制前述Spindt型冷陰極三極管的截止頻率的陰電極與控制柵之間的寄生電 容）使得能夠增大這些器件的工作頻率；以及
[0069] ?如果被用于制造具有冷陰極電子發(fā)射器的電子槍，能夠增大這些器件的工作頻 率。
[0070] 通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，只要它涉及如在所附權(quán)利要求中限定的電子發(fā)射冷陰 極器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0071] 為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖（并非按比例繪制）來描述以非限制性 實(shí)例的方式提供的某些優(yōu)選實(shí)施方式，其中：
[0072] ?圖1示出了以碳納米管作為電子發(fā)射器的已知的Spindt型的冷陰極三極管的示 意性截面視圖；
[0073] ?圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的冷陰極三極管電子發(fā)射器的透視 圖；
[0074] ?圖3示出了圖2中的三極管的有源區(qū)的透視圖；
[0075] ?圖4示出了圖2中的三極管的第一特定部分的示意性頂視圖；
[0076] ?圖5示出了圖2中的三極管的第二特定部分的示意性頂視圖；
[0077] ?圖6示出了圖5中示出的三極管的第二特定部分的示意性縱向截面視圖；
[0078] ?圖7示出了圖3中示出的三極管的有源區(qū)的一部分的示意性截面視圖；
[0079] ?圖8示出了圖2中的三極管的示意性縱向截面視圖；
[0080] ?圖9示出了圖2中的三極管的第三特定部分的示意性頂視圖；
[0081] ?圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的具有冷陰極電子發(fā)射器的電子槍 的示意性截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0082] 給出以下描述以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明。對所描述的實(shí)施方式 的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的，并且在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況 下，本文中的一般原理可應(yīng)用于其他實(shí)施方式和應(yīng)用。
[0083] 因此，本發(fā)明不旨在限于所示出的實(shí)施方式，而是與在本文中公開的和在所附權(quán) 利要求中限定的原理和特征的最寬范圍一致。
[0084] 總體而言，本發(fā)明涉及電子發(fā)射冷陰極器件。
[0085] 特別地，根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射冷陰極器件包括：
[0086] ?陰電極，位于陰極平面上并且在器件的有源區(qū)中包括陰極指狀結(jié)構(gòu)，該陰極指狀 結(jié)構(gòu)包括一個或多個陰極直指狀（straight-finger-shaped)端子，每個陰極直指狀端子均 具有平行于第一參考方向（其平行于陰極平面）的相應(yīng)主延伸方向；
[0087] ?對于每個陰極直指狀端子，一個或多個相應(yīng)的電子發(fā)射器形成在所述陰極直指 狀端子上并且與之歐姆接觸；每個電子發(fā)射器具有垂直于陰極平面的相應(yīng)主延伸方向；以 及
[0088] ?柵電極，該柵電極位于平行于所述陰極平面并且與所述陰極平面間隔開柵極平 面上，柵電極不與陰電極重疊，并且柵電極在器件的有源區(qū)中包括柵極指狀結(jié)構(gòu)，柵極指狀 結(jié)構(gòu)包括兩個或更多個柵極直指狀端子，每個柵極直指狀端子具有平行于第一參考方向 (從已描述的來看，該第一參考方向也平行于柵極平面）的相應(yīng)主延伸方向；所述柵極直指 狀端子與所述陰極直指狀端子交錯（優(yōu)選地與之相互貫穿）并且被設(shè)計成在使用中調(diào)制由 所述電子發(fā)射器發(fā)射的電子束。
[0089] 優(yōu)選地，陰電極還包括陰極導(dǎo)線，陰極導(dǎo)線（直接或間接地）連接至陰極指狀結(jié) 構(gòu)、具有其中主延伸方向平行于第一參考方向的直帶狀形狀并且相對于陰極的平行于第一 參考方向的對稱軸線對稱。此外，陰極指狀結(jié)構(gòu)相對于陰極的所述對稱軸線也是對稱的。
[0090] 再次優(yōu)選地，柵電極還包括柵極導(dǎo)線，柵極導(dǎo)線（直接或間接地）連接至柵極指狀 結(jié)構(gòu)、具有其中主延伸方向平行于第一參考方向的直帶狀形狀并且相對于柵極的平行于第 一參考方向的對稱軸線對稱。此外，柵極指狀結(jié)構(gòu)相對于柵極的所述對稱軸線也是對稱的。
[0091] 方便地，對于每個陰極直指狀端子，相應(yīng)的電子發(fā)射器相對于所述陰極直指狀端 子大致位于中間，特別地，電子發(fā)射器放置于相對于所述陰極直指狀端子為大致中間的位 置（如果制造技術(shù)的精度允許的話）。
[0092] 同樣方便地，每個陰極直指狀端子包含在兩個柵極直指狀端子之間，并且對于每 個陰極直指狀端子而言，相應(yīng)的電子發(fā)射器相對于兩個相鄰的柵極直指狀端子大致位于中 間。
[0093] 本發(fā)明使得能夠增大電子發(fā)射冷陰極器件的工作頻率。特別地，本發(fā)明使得能夠 制造以THz頻率操作的電子發(fā)射冷陰極器件。
[0094] 本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式涉及一種具有冷陰極電子發(fā)射器的三極管。
[0095] 關(guān)于此，在圖2中（其中，為了便于描述，尺寸并未按比例示出），示出了根據(jù)本發(fā) 明的所述第一優(yōu)選實(shí)施方式的冷陰極三極管11的透視圖。
[0096] 特別地，冷陰極三極管11包括：
[0097] ?導(dǎo)電層12(例如由金屬制成），被設(shè)計成用作三極管11的接地平面以在陰極和 柵極導(dǎo)線上攜載高頻信號，這將在下文中將詳細(xì)介紹和描述；
[0098] ?第一電絕緣基板13,例如通過沉積放置于導(dǎo)電層12上（優(yōu)選地，在冷陰極三極 管11的制造過程中，在第一電絕緣基板13的下表面上形成導(dǎo)電層12);
[0099] ?第一凹部13a，形成在第一電絕緣基板13上以在后者上限定兩個偏置的頂部表 面，即，位于大致平行于接地平面12的兩個不同平面上；特別地，所述偏置的頂部表面包括 第一頂部表面和第二頂部表面（如剛剛說明的，其大致平行于接地表面12);第一頂部表面 相對于第二頂部表面而言是凹入的或降低的，因此，第二頂部表面相對于所述第一頂部表 面而目是凸起的；
[0100] ?冷陰極14,例如通過沉積形成在第一電絕緣基板13的第一凹部13a的內(nèi)部，以 部分地覆蓋第一頂部表面，即第一電絕緣基板13的凹入頂部表面；
[0101] ?柵電極（或控制柵或調(diào)制柵）15,例如通過沉積形成在第一電絕緣基板13的第 一凹部13a的外部，以部分地覆蓋第二頂部表面，即第一電絕緣基板13的凸起頂部表面；
[0102] ?第二電絕緣介電基板16,其包括第二凹部16a和第三凹部16b，第二凹部沿著所 述第二電絕緣基板16的下表面縱向地且完全地穿過，第三凹部以從所述第二電絕緣基板 16的頂部表面并且到達(dá)第二凹部16a的方式堅直地穿過所述第二電絕緣基板16的全部； 所述第二電絕緣基板16鍵合到第二電絕緣基板13上，從而第二凹部16a開向第一電絕緣 基板13的形成陰電極14和柵電極15的頂部，并且第三凹部16b開向三極管11的有源（或 三極管）區(qū)11a ;通過使用真空鍵合技術(shù)使所述第二電絕緣基板16鍵合到第一電絕緣基板 13上，從而真空存在于第二凹部16a和第三凹部16b的內(nèi)部（在圖2中，出于使描述清楚， 第二電絕緣基板16被示出為與第一電絕緣基板13分開）；以及
[0103] ?陽電極17,例如通過沉積形成在第二電絕緣基板16上以部分地覆蓋頂部表面， 并且包括封閉第三凹部16b的頂部的陽極端子17a以及連接至所述陽極端子17a的陽極導(dǎo) 線 17b。
[0104] 為了詳細(xì)描述本發(fā)明的所述第一優(yōu)選實(shí)施方式，除了圖2之外，下文還將參照圖 3,圖3示出了冷陰極三極管11的有源區(qū)11的透視圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示圖2中示 出的和先前描述的相同元件，并且其中為了便于描述，所示出的尺寸并非按比例繪制。
[0105] 特別地，如圖3所示，陰電極14形成在第一電絕緣基板13的凹入頂部表面的部分 上，陰電極14被設(shè)計成沿著陽電極17的方向且特別地朝向陽極端子17a發(fā)射電子，并且陰 電極包括：
[0106] ?陰極多指結(jié)構(gòu)14a，其形成在有源區(qū)11a上并且包括多個陰極直指狀端子14b ; 每個陰極直指狀端子14b具有相應(yīng)的主延伸方向；陰極直指狀端子14b的所有相應(yīng)的主延 伸方向平行于相同的第一參考方向z，該第一參考方向z平行于接地平面12并且在下文中 為了便于描述將被稱為縱向參考方向；
[0107] ?對于每個陰極直指狀端子14b，多個相應(yīng)電子發(fā)射器14c (諸如例如鑰微尖端或 者碳納米管（CNT)或納米線）具有納米量級的直徑并且形成在所述陰極直指狀端子14b上 并且與之歐姆接觸；每個電子發(fā)射器14c沿著平行于第二參考方向y的相應(yīng)主延伸方向從 相應(yīng)陰極直指狀端子14b堅直地延伸，第二參考方向y與縱向參考方向z和接地平面12正 交并且在下文中為了便于描述將被稱為堅直參考方向；
[0108] ?陰極主干線14d，連接至陰極多指結(jié)構(gòu)14a并且從陰極直指狀端子14b橫向延伸； 所述陰極主干線14d具有其中主延伸方向平行于第三參考方向X的直帶狀形狀，第三參考 方向X與縱向參考方向z和堅直參考方向y正交并且平行于接地平面12并且在下文中為 了便于描述被稱為橫向參考方向；以及
[0109] ?陰極導(dǎo)線14e，連接至陰極主干線14d并且被設(shè)計為攜載來自有源區(qū)11a外部的 電力供應(yīng)和高頻信號并且通過陰極主干線14d將其攜載到陰極直指狀端子14b以驅(qū)動電子 發(fā)射器14c ;所述陰極導(dǎo)線14e在相對于陰極直指狀端子14b所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上 從陰極主干線14d橫向延伸；所述陰極導(dǎo)線14e具有其中主延伸方向平行于縱向參考方向 z的直帶狀形狀。
[0110] 換言之，陰電極14具有耙狀形狀，其中，陰極直指狀端子14b為耙齒，陰極主干線 14d為所述齒從其延伸的耙的基部，并且陰極導(dǎo)線14e為從所述基部延伸的耙柄。
[0111] 陰極導(dǎo)線14e可方便地放置在陰極主干線14d的平行于縱向參考方向z的對稱軸 線上并沿著該對稱軸線放置，并且陰極多指結(jié)構(gòu)14a可方便地相對于陰極主干線14d的所 述對稱軸線對稱。
[0112] 在下文中，為了便于描述，陰極直指狀端子14b將被稱為陰極指。
[0113] 根據(jù)陰電極14的可替換實(shí)施方式（在附圖中未示出），陰極主干線14d可不存在 并且陰極指14b可直接從陰極導(dǎo)線14e的一端突出或者更確切的說是延伸。根據(jù)陰電極14 的該可替換實(shí)施方式，陰極多指結(jié)構(gòu)14a可方便地相對于陰極導(dǎo)線14e的平行于縱向參考 方向z的對稱軸線對稱。
[0114] 此外，總是參照在圖3中示出的，柵電極15形成在第一電絕緣基板17a的凸起頂 部表面的一部分上，柵電極15被設(shè)計為控制和調(diào)制在電子發(fā)射器14c與陽極端子17a之間 的電子流，并且柵電極15包括：
[0115] ?柵極多指結(jié)構(gòu)15a，其形成在有源區(qū)11a上并且包括多個柵極直指狀端子15b，所 述柵極直指狀端子15b與陰極直指狀端子14b交錯（特別地相互貫穿或者相互交織），從 而使每個陰極直指狀端子14b包含在兩個柵極直指狀端子15b之間；每個柵極直指狀端子 15b具有平行于縱向參考方向z的相應(yīng)主延伸方向；
[0116] ?柵極主干線15c，其連接至柵極多指結(jié)構(gòu)15a并且從柵極直指狀端子15b橫向延 伸；所述柵極主干線15c具有其中主延伸方向平行于橫向參考方向X的直帶狀形狀；以及
[0117] ?柵極導(dǎo)線15d，其連接至柵極主干線15c并且被設(shè)計成攜載來自有源區(qū)11a外部 的電力供應(yīng)和高頻信號并且通過柵極主干線15c將其攜載到柵極直指狀端子15b以驅(qū)動它 們；所述柵極導(dǎo)線15d在相對于柵極直指狀端子15b所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上從柵極主 干線15c橫向延伸；所述柵極導(dǎo)線15d具有其中主延伸方向平行于縱向參考方向z的直帶 狀形狀。
[0118] 換言之，柵電極15具有耙狀形狀，其中，柵極直指狀端子15b為耙齒，柵極主干新 15c為所述齒從其延伸的耙的基部，并且柵極導(dǎo)線15d為沿著相對于陰電極14的延伸方向 相反的方向從所述基部延伸的耙柄。
[0119] 柵極導(dǎo)線15d可方便地放置在柵極主干線15c的平行于縱向參考方向z的對稱軸 線上并且沿著該對稱軸線放置，并且柵極多指結(jié)構(gòu)15c可方便地相對于柵極主干線15c的 所述對稱軸線對稱。
[0120] 在下文中，為了便于描述，柵極直指狀端子15b將被稱為柵極指。
[0121] 根據(jù)柵電極15的可替換實(shí)施方式（在附圖中未示出），柵極主干線15c可不存在 并且柵極指15b可直接從柵極導(dǎo)線15d的一端突出或者更確切地說是延伸。根據(jù)柵電極15 的該可替換實(shí)施方式，柵極多指結(jié)構(gòu)15a可方便地相對于柵極導(dǎo)線15d的平行于縱向參考 方向z的對稱軸線對稱。
[0122] 重要的是應(yīng)注意，盡管布置在不同的或更確切地說是偏置的平面上，陰極指14b 和柵極指15b相互交錯（特別地相互貫穿），使得陰電極14與柵電極15在三極管11的任 何區(qū)中均不重疊，具體地，陰極指14b與柵極指15b在有源區(qū)11a中交錯并且因此不重疊， 并且使得陰極導(dǎo)線14e與柵極指15d具有之間形成180°角的相反的相應(yīng)主延伸方向（如 果投影到平行于接地平面的任何參考平面上）。
[0123] 由于陰電極14與柵電極15不重疊的事實(shí)并且特別是在有源區(qū)11a中陰極指14b 與柵極指15b不重疊的事實(shí)，顯著地減小了或甚至完全消除了陰電極14與柵電極15之間 的寄生電容。
[0124] 此外，陰電極14與柵電極15的幾何形狀使得這些電極的制造工藝極其簡單并且 容易再現(xiàn)。
[0125] 為了繼續(xù)詳細(xì)描述本發(fā)明的所述第一優(yōu)選實(shí)施方式，除了圖2和圖3之外，在下文 中還將參照圖4,圖4中示出了在形成陰極14與柵極15觸點(diǎn)之前僅僅第一電絕緣基板13 的一部分的示意性頂視圖，其中，相同的附圖標(biāo)記表示在圖2和圖3中示出的和先前描述的 相同的元件，并且其中，為了便于描述，所示出的尺寸并非按比例繪制。
[0126] 特別地，圖4部分地示出了 ：
[0127] ?第一電絕緣基板13的第一頂部表面（或更確切地說是凹入的頂部表面），其由 第一凹部13a定義并且整體由附圖標(biāo)記13b表示；以及
[0128] ?第一電絕緣基板13的第二頂部表面（或更確切地說是凸起的頂部表面），其整 體由附圖標(biāo)記13c表示。
[0129] 詳細(xì)地，凸起的頂部表面13c包括：
[0130] ?大致平行于接地平面12的多個第一凸起區(qū)域13f，其形成在有源區(qū)11a上，并且 每一個均具有相應(yīng)的直指狀形狀，從而定義多指凸起表面；每個第一凸起區(qū)域13f均具有 平行于縱向參考方向z的相應(yīng)主延伸方向；以及
[0131] ?第二凸起區(qū)域13g，其大致平行于接地平面12并且從第一凸起區(qū)域13f橫向延 伸。
[0132] 多指凸起表面可方便地相對于第二凸起區(qū)域13g的平行于縱向參考方向z的對稱 軸線對稱。
[0133] 此外，凹入的頂部表面13b包括：
[0134] ?大致平行于接地平面12的多個第一凹入?yún)^(qū)域13d，其形成在有源區(qū)11a上并且 每一個均具有相應(yīng)的直指狀形狀，以這樣的方式定義了多指凹入表面；每個第一凹入?yún)^(qū)域 13d具有平行于縱向參考方向z的相應(yīng)主延伸方向；盡管位于不同平面上，然而所述第一凹 入?yún)^(qū)域13d與第一凸起區(qū)域13f交錯（特別地相互貫穿），從而使每個第一凹入?yún)^(qū)域13d包 含在兩個第一凸起區(qū)域13f之間；以及
[0135] ?第二凹入?yún)^(qū)域13e，其大致平行于接地平面并且從第一凹入?yún)^(qū)域13d、從第一凸 起區(qū)域13f以及從第二凸起區(qū)域13f橫向延伸。
[0136] 多指凹入表面可方便地相對于第二凹入?yún)^(qū)域13e的平行于縱向參考方向z的對稱 軸線對稱。
[0137] 為了繼續(xù)詳細(xì)描述本發(fā)明的所述第一優(yōu)選實(shí)施方式，除了圖2-圖4之外，在下文 中還將參照圖5、圖6和圖7,其中，相同的附圖標(biāo)記表示圖2-圖4中示出的和先前描述的 相同的元件，并且其中，為了便于描述，所示出的尺寸并非按比例繪制。
[0138] 特別地，圖5和圖6分別示出了第一電絕緣基板13的形成陰極14與柵極15觸點(diǎn) 的部分的示意性頂視圖和示意性縱向截面視圖，并且圖7示出了有源區(qū)11a的一部分的示 意性截面視圖。
[0139] 詳細(xì)地，如在圖2-圖7中所示，陰極多指結(jié)構(gòu)14a形成在有源區(qū)11a的多指凹入 表面上，并且具體地：
[0140] ?每個陰極指14b形成在相應(yīng)第一凹入?yún)^(qū)域13b的一部分上；
[0141] ?陰極主干線形成在第二凹入?yún)^(qū)域13e的第一部分上，從第一凹入?yún)^(qū)域13d橫向延 伸，從而所述陰極主干線14d從陰極指14b橫向延伸；并且
[0142] ?陰極導(dǎo)線14e形成在第二凹入?yún)^(qū)域13e的第二部分上，在相對于第一凹入?yún)^(qū)域 13d所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上從第一部分橫向延伸，從而所述陰極導(dǎo)線14e在相對于陰 極指14b所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)從陰極主干線14d橫向延伸。
[0143] 此外，始終參照圖2-圖7中所示出的，柵極多指結(jié)構(gòu)15a也形成在有源區(qū)11a的 多指凸起表面上，并且具體地：
[0144] ?每個柵極指15b均形成在相應(yīng)的第一凸起區(qū)域13f上，從而使柵極指15b與陰極 指14b交錯并且每個陰極指14b包含在兩個柵極指15b之間；
[0145] ?柵極主干線15c，形成在第二凸起區(qū)域13g的第一部分上，從第一凸起區(qū)域13f 橫向延伸，從而所述柵極主干線15c從柵極指15b橫向延伸；并且
[0146] ?柵極導(dǎo)線形成在第二凸起區(qū)域13g的第二部分上，在相對于第一凸起區(qū)域13f 所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上從第一部分橫向延伸，從而所述柵極導(dǎo)線15d在相對于柵極指 15b所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上從柵極主干線15c橫向延伸。
[0147] 為了繼續(xù)詳細(xì)描述本發(fā)明的所述第一優(yōu)選實(shí)施方式，除了圖2-圖7之外，還將參 照圖8和圖9,其中，相同的附圖標(biāo)記表不圖2-圖7中不出的和先前描述的相同兀件，并且 其中，為了便于描述尺寸并非按比例繪制。
[0148] 特別地，圖8示出了三極管11的示意性縱向截面視圖，而圖9示出了三極管11的 中央部分的頂部透視圖。
[0149] 詳細(xì)地，第二凹部16a(其具有平行于縱向參考方向z的主延伸尺寸）縱向地跨過 第二電絕緣基板16的整個下表面，優(yōu)選地以便將所述下表面分為兩個相等且對稱的部分， 艮P，以便定義平行于縱向參考方向z的第二電絕緣基板16的所述下表面的對稱軸線。
[0150] 第三凹部16b(其具有平行于堅直參考方向y的主延伸尺寸）以從第二凹部16a 開始并且到達(dá)所述第二電絕緣基板16的頂部表面的方式堅直地穿過整個第二電絕緣基板 16。優(yōu)選地，第三凹部16b位于并且因此堅直地穿過第二電絕緣基板16的中央?yún)^(qū)。
[0151] 使用真空鍵合技術(shù)將第二電絕緣基板16鍵合到第一電絕緣基板13上，以在中間 保持電絕緣。優(yōu)選地，使用標(biāo)準(zhǔn)的晶圓-晶圓真空鍵合技術(shù)（諸如陽極鍵合、玻璃介質(zhì)鍵合、 共晶鍵合、焊接鍵合、反應(yīng)鍵合或熔接鍵合）將第二電絕緣基板16鍵合到第一電絕緣基板 13。
[0152] 具體地，第二電絕緣基板16鍵合到第一電絕緣基板13上，從而使：
[0153] ?第二凹部16a，封住陰電極14和柵電極15,從而在陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線15d 之上具有真空，從而使它們能傳導(dǎo)高頻信號；并且
[0154] ?第三凹部16b放置在有源區(qū)11a處，從而所述有源區(qū)11a面向封閉所述第三凹部 16b的頂部的陽極端子17a，以使得陽極端子17a能夠接收由電子發(fā)射器14c發(fā)射的電子。
[0155] 此外，陽電極17包括：
[0156] ?陽極端子17a (其封閉第三凹部16b的頂部），被設(shè)計成通過第三凹部16b接收由 電子發(fā)射器14c發(fā)射的電子，具有大致為矩形或方形的形狀，并且大致平行于接地平面12 ; 以及
[0157] ?陽極導(dǎo)線17b，連接至陽極端子17a ;特別地，通過從陽極端子17a橫向延伸并且 具有帶狀形狀（其具有平行于橫向參考方向X或更確切地說與陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線 15d的主延伸方向的每一個形成（如果所述方向投影到平行于接地平面12的任何參考平 面）相應(yīng)的90°角的主延伸方向），能夠減少各個電極之間的高頻信號的可能的耦合。
[0158] 重要的是應(yīng)當(dāng)注意到，陽電極17僅部分地覆蓋陰電極14和柵電極15。具體地，陽 極端子17a放置在陰極指14b、柵極指15b、陰極主干線14d和柵極主干線15c之上并且僅 部分地覆蓋陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線15d，而陽極導(dǎo)線17b不與陰電極14或柵電極15重 疊。
[0159] 由于陽電極17與陰電極14和柵電極15僅部分重疊的事實(shí)，同樣顯著地降低了陽 電極17與陰電極14和柵電極15之間的寄生電容。
[0160] 此外，陽電極17的幾何形狀使得該電極的制造工藝極其簡單并且容易再現(xiàn)。
[0161] 關(guān)于到目前為止所描述的三極管11的尺寸，所述三極管11可方便地具有以下說 明的尺寸。
[0162] 特別地，第一電絕緣基板13可方便地在水平面（即平行于接地平面12)上具有大 致矩形或方形的形狀（其具有幾毫米量級的橫向尺寸）。優(yōu)選地，所述第一電絕緣基板13 可具有平行于縱向參考方向z的等于或大于4_的長度。此外，所述第一電絕緣基板13可 方便地具有在200μπι與1_之間的厚度（平行于堅直參考方向y)，優(yōu)選地，為了使三極管 11以THz頻率操作，該厚度介于200μπι與500μπι之間。
[0163] 第一電絕緣基板13的凹入頂部表面13b與凸起頂部表面13c之間的偏置或更確 切地說是堅直距離（即，平行于堅直參考方向y)可方便地介于〇. 5 μ m與幾十微米之間，特 別地介于0. 5 μ m與15 μ m之間。優(yōu)選地，為了使三極管11以THz頻率操作，所述偏置應(yīng)介 于0·5μηι與5μηι之間。
[0164] 陰電極14和柵電極15的厚度（平行于堅直參考方向y)可介于50nm與300nm之 間。優(yōu)選地，為了使三極管11以THz頻率操作，陰電極14和柵電極15的所述厚度可介于 50nm 與 100nm 之間。
[0165] 根據(jù)所采用的制造技術(shù)（光學(xué)或e波束光刻），陰極指14b和柵極指15b可具有平 行于橫向參考方向X的介于幾百納米的最小值與幾微米的最大值之間的寬度。優(yōu)選地，陰 極指14b和柵極指15b的所述寬度可介于0. 1 μ m與20 μ m之間。為了使三極管11以THz 頻率操作，陰極指14b和柵極指15b的寬度可方便地介于0. 1 μ m與1 μ m之間。
[0166] 每個陰極指14b可方便地與之間包含所述陰極指14b的對應(yīng)的第一凸起區(qū)域 13f(即，與直接鄰近所述陰極指14b的對應(yīng)柵極指15b)橫向地（或更確切地說是，平行于 橫向參考方向X)間隔開介于〇. 3 μ m與20 μ m之間的距離，為了使三極管11以THz頻率操 作，優(yōu)選地，該距離介于0. 3 μ m與3 μ m之間。
[0167] 陰極指14b和柵極指15b的數(shù)量可方便地介于幾個單位的最小值與幾十個的最大 值之間。
[0168] 陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線15d可方便地具有平行于橫向參考方向X的介于20 μ m 與1020μπι之間的寬度，優(yōu)選地，為了使三極管11以THz頻率操作，該寬度介于20μπι與 100 μ m之間，從而能夠外部地通過配線連接三極管11。
[0169] 有源區(qū)11a可方便地具有平行于縱向參考方向z的介于20μπι與500μπι之間的 長度，優(yōu)選地，為了使三極管11以ΤΗζ頻率操作，該長度介于20μπι與ΙΟΟμπι之間。
[0170] 電子發(fā)射器14c可方便地具有平行于堅直參考方向y的基本與陰極指14b與柵極 指15b之間的電介質(zhì)的高度相等的高度，以盡可能地優(yōu)化三極管11的跨導(dǎo)性。
[0171] 第二電絕緣基板16在水平面（即平行于接地平面12)上可方便地具有大致為矩 形或方形的形狀，所述第二電絕緣基板16具有基本與第一電絕緣基板13的橫向尺寸相等 的橫向尺寸。此外，所述第二電絕緣基板16的厚度（平行于堅直參考方向y)可方便地為 幾百微米的量級，以便能夠使用并不太高的提取電壓。優(yōu)選地，所述第二電絕緣基板16的 厚度可介于1〇〇μπι與500μπι之間。為了使三極管11以THz頻率操作，所述第二電絕緣基 板16的厚度可方便地介于ΙΟΟμπι與300μπι之間。
[0172] 第三凹部16b在水平面（即平行于接地平面12)上可方便地具有大致為矩形或方 形的形狀，其橫向尺寸具有介于幾百微米的最小值與幾毫米的最大值之間的相應(yīng)值。優(yōu)選 地，第三凹部16b可具有平行于縱向參考方向z的介于0· 5mm與2mm之間的長度。為了使三 極管11以THz頻率操作，第三凹部16b可方便地具有平行于縱向參考方向z的介于0. 3mm 與1. 5mm之間的長度。
[0173] 陰極端子17a在水平面（即平行于接地平面12)上可方便地具有大致為矩形或方 形的形狀，其橫向尺寸具有介于〇. 5mm的最小值與幾毫米的最大值之間的相應(yīng)值。
[0174] 以下表格在所述第一電絕緣基板13具有等于4的相對電容率（或相對介電常數(shù)） ε ,并且所述陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線15d具有等于300nm的厚度T (平行于堅直參考方向 y)的假設(shè)下，簡要地列出了對應(yīng)于所述陰極導(dǎo)線14和柵極導(dǎo)線15d的不同寬度W(平行于 橫向參考方向X)以及對應(yīng)于第一電絕緣基板13的不同厚度H(平行于堅直參考方向y)的 陰極導(dǎo)線14e和柵極導(dǎo)線15d的特征阻抗&和傳播損耗α的值。
[0175] 表格
[0176]

【權(quán)利要求】
1. 一種電子發(fā)射冷陰極器件（11，21)，包括陰電極（14)，所述陰電極（14)位于陰極平 面上并且在有源區(qū)（11a)中包括陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)，所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)包括一個或 多個陰極直指狀端子（14b)，每個所述陰極直指狀端子（14b)具有平行于第一參考方向（z) 的相應(yīng)主延伸方向； 所述器件（11，21)進(jìn)一步包括針對每個陰極直指狀端子（14b)的一個或多個相應(yīng)電子 發(fā)射器（14c)，所述電子發(fā)射器（14c)形成在所述陰極直指狀端子（14b)上并且與所述陰極 直指狀端子（14b)歐姆接觸；其中，每個電子發(fā)射器（14c)具有垂直于所述陰極平面的相應(yīng) 主延伸方向； 所述器件（11，21)進(jìn)一步包括柵電極（15)，所述柵電極（15)位于平行于所述陰極平面 并且與所述陰極平面間隔開的柵極平面上，所述柵電極（15)不與所述陰電極（14)重疊并 且在所述有源區(qū)（11a)中包括柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)，所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)包括兩個或更 多個柵極直指狀端子（15b)，每個所述柵極直指狀端子（15b)具有平行于所述第一參考方 向（z)的相應(yīng)主延伸方向；其中，所述柵極直指狀端子（15b)與所述陰極直指狀端子（14b) 交錯并且被設(shè)計為在使用中調(diào)制由所述電子發(fā)射器（14c)發(fā)射的電子束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述陰電極（14)進(jìn)一步包括陰極導(dǎo)線（14e)，所 述陰極導(dǎo)線（14e)連接至所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)、具有主延伸方向平行于所述第一參考 方向（z)的直帶狀形狀并且相對于所述陰極的平行于所述第一參考方向（z)的對稱軸線是 對稱的； 其中，所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)相對于所述陰極的所述對稱軸線是對稱的； 其中，所述柵電極（15)進(jìn)一步包括柵極導(dǎo)線（15d)，所述柵極導(dǎo)線（15d)連接至所述柵 極指狀結(jié)構(gòu)（15a)、具有主延伸方向平行于所述第一參考方向（z)的直帶狀形狀并且相對 于所述柵極的平行于所述第一參考方向（z)的對稱軸線是對稱的； 并且其中，所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)相對于所述柵極的所述對稱軸線是對稱的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中，所述陰電極（14)進(jìn)一步包括陰極主干線（14d)， 所述陰極主干線（14d): ?具有主延伸方向平行于第二參考方向（X)的直帶狀形狀，所述第二參考方向（X)與所 述第一參考方向（z)正交； ?相對于所述陰極的所述對稱軸線是對稱的；并且 ?被插入在所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)與所述陰極導(dǎo)線（14e)之間，從而將所述陰極導(dǎo)線 (14e)連接至所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a); 并且其中，所述柵電極（15)進(jìn)一步包括柵極主干線（15c)，所述柵極主干線（15c): ?具有主延伸方向平行于所述第二參考方向（X)的直帶狀形狀； ?相對于所述柵極的所述對稱軸線是對稱的；并且 ?被插入在所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)與所述柵極導(dǎo)線（15d)之間，從而將所述柵極導(dǎo)線 (15d)連接至所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中： ?所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)從所述陰極主干線（14d)橫向延伸； ?所述陰極導(dǎo)線（14e)在相對于所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上 從所述陰極主干線（14d)橫向延伸； ?所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)從所述柵極主干線（15c)橫向延伸；并且 ?所述柵極導(dǎo)線（15d)在相對于所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)所延伸的一側(cè)相反的一側(cè)上 從所述柵極主干線（15c)橫向延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中： ?所述陰極指狀結(jié)構(gòu)（14a)直接從所述陰極導(dǎo)線延伸，從而直接連接至所述陰極導(dǎo)線； 并且 ?所述柵極指狀結(jié)構(gòu)（15a)直接從所述柵極導(dǎo)線延伸，從而直接連接至所述柵極導(dǎo)線。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，其中，對于每個陰極直指狀端子（14b)，所 述相應(yīng)電子發(fā)射器（14c)相對于所述陰極直指狀端子（14b)位于中間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中，每個陰極直指狀端子（14b)包含在兩個柵極直指 狀端子（15b)之間；并且其中，對于每個陰極直指狀端子（14b)，所述相應(yīng)電子發(fā)射器（14c) 相對于兩個相鄰的所述柵極直指狀端子（15b)也位于中間。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，進(jìn)一步包括： ?導(dǎo)電層（12)，被設(shè)計為作為所述器件（11，21)的接地平面來操作；所述陰極平面和所 述柵極平面平行于所述接地平面（12);并且 ?第一電絕緣基板（13)，布置在所述導(dǎo)電層（12)上；所述陰電極和所述柵電極（14) (15)形成在所述第一電絕緣基板（13)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中，所述第一電絕緣基板（13)包括兩個偏置的頂部 表面（13b，13c)，所述兩個偏置的頂部表面（13b，13c)平行于所述接地平面（12)并且包括 第一頂部表面（13b)和第二頂部表面（13c);其中，所述第一頂部表面（13b)相對于所述第 二頂部表面（13c)較低； 其中，所述陰電極（14)形成在所述第一電絕緣基板（13)上，從而部分地覆蓋所述第一 電絕緣基板（13)的所述第一頂部表面（13b); 并且其中，所述柵電極（15)形成在所述第一電絕緣基板（13)上，從而部分地覆蓋所述 第一電絕緣基板（13)的所述第二頂部表面（13c)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中，所述第一電絕緣基板（13)的所述第一頂部表 面（13b)包括一個或多個凹入?yún)^(qū)域（13d)，所述一個或多個凹入?yún)^(qū)域（13d)形成在所述有源 區(qū)（11a)上并且各自具有相應(yīng)的主延伸方向平行于所述第一參考方向（z)的相應(yīng)直指狀形 狀； 其中，每個陰極直指狀端子（14b)形成在相應(yīng)的凹入?yún)^(qū)域（13d)上； 其中，所述第一電絕緣基板（13)的所述第二頂部表面（13c)包括兩個或更多個凸起區(qū) 域（13f)，所述兩個或更多個凸起區(qū)域（13f)形成在所述有源區(qū)（11a)處并且各自具有相應(yīng) 的主延伸方向平行于所述第一參考方向（z)的相應(yīng)直指狀形狀； 其中，所述凸起區(qū)域（13f)與所述凹入?yún)^(qū)域（13d)交錯； 并且其中，所述柵極直指狀端子（15b)以使得它們與所述陰極直指狀端子（14b)交錯 的方式各自形成在相應(yīng)的第一凸起區(qū)域（13f)上。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的器件，進(jìn)一步包括： ?陽電極（17)，所述陽電極 -位于陽極平面上，所述陽極平面平行于所述陰極平面和所述柵極平面并且與所述陰 極平面和所述柵極平面間隔開， -被布置成使得所述柵電極（15)被插入在所述陰電極（14)與所述陽電極（17)之間， 并且 -包括陽極端子（17a)，所述陽極端子（17a)放置在所述有源區(qū)（11a)上并且面向所述 有源區(qū)（11a)，從而在使用中接收由所述電子發(fā)射器（14c)發(fā)射的并且由所述柵極直指狀 端子（15b)調(diào)制的電子束， 從而使所述器件（11)被配置為操作為三極管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，進(jìn)一步包括： ?導(dǎo)電層（12)，被設(shè)計為作為所述器件（11，21)的接地平面來操作；所述陰極平面、所 述柵極平面和所述陽極平面平行于所述接地平面（12); ?第一電絕緣基板（13)，布置在所述導(dǎo)電層（12)上；所述陰電極（14)和所述柵電極 (15)形成在所述第一電絕緣基板（13)上；以及 ?第二電絕緣基板（16)，包括形成在所述第二電絕緣基板（16)的下表面上的第一凹部 (16a);所述第一凹部（16a)具有平行于所述第一參考方向（z)的主延伸方向；所述第二電 絕緣基板進(jìn)一步包括第二凹部（16b)，所述第二凹部（16b)以從所述第二電絕緣基板（16) 的頂部表面開始并且到達(dá)所述第一凹部（16a)的形式穿過所述第二電絕緣基板（16)，并且 所述第二凹部具有與所述接地平面（12)正交的主延伸方向；所述第二電絕緣基板（16)被 接合到所述第一電絕緣基板（13)上，從而使所述第一凹部（16a)向所述第一電絕緣基板 (13)的形成所述陰電極（14)和所述柵電極（15)的頂部開口，并且使所述第二凹部（16b) 向所述有源區(qū)（11a)開口； 其中，所述陽電極（17)形成在所述第二電絕緣基板（16)上，從而部分地覆蓋所述第二 電絕緣基板（16)的所述頂部表面； 并且其中，所述陰極端子（17a)封閉所述第二凹部（16b)的頂部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的器件，其中，所述陽電極（17)進(jìn)一步包括陽極導(dǎo)線 (17b)，所述陽極導(dǎo)線（17b): ?連接至所述陽極端子（17a); ?從所述陽極端子（17a)橫向延伸；并且 ?具有主延伸方向平行于第二參考方向（X)的直帶狀形狀，所述第二參考方向（X)與所 述第一參考方向（z)正交。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的器件，進(jìn)一步包括： ?陽極結(jié)構(gòu)（23)，所述陽極結(jié)構(gòu)（23) -與所述陰電極（14)和所述柵電極（15)間隔開， -被布置成使所述柵電極（15)插入在所述陰電極（14)與所述陽極結(jié)構(gòu)（23)之間， -包括孔（23a)，所述孔（23a)完全穿過所述陽極結(jié)構(gòu)（23)，并在第一端處面向所述 有源區(qū)（11a)，以在使用中接收由所述電子發(fā)射器（14c)發(fā)射的并由所述柵極直指狀端子 (15b)調(diào)制的電子束，并且 -被設(shè)計為在使用中加速和聚焦穿過所述孔（23a)的電子束， 從而所述器件（21)被配置為操作為電子槍。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的器件，進(jìn)一步包括： ?聚焦柵（24)，被設(shè)計為在使用中將由所述電子發(fā)射器（14c)發(fā)射的并由所述柵極直 指狀端子（15b)調(diào)制的電子束朝向所述陽極結(jié)構(gòu)（23)的所述孔（23a)的所述第一端聚焦； 以及 ?收集器，面向所述陽極結(jié)構(gòu)（23)的所述孔（23a)的第二端，以在使用中接收從所述陽 極結(jié)構(gòu)（23)的所述孔（23a)的所述第二端出射的電子束。
【文檔編號】H01J1/304GK104246960SQ201280057923
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】賈科莫·烏利塞, 弗朗西斯卡·布魯內(nèi)蒂, 卡洛 阿爾多·迪, 費(fèi)迪南多·里奇, 菲利波·杰瑪, 安娜·瑪麗亞·菲奧雷洛, 馬西米利亞諾·迪斯彭扎, 羅伯塔·布蒂廖內(nèi) 申請人:塞萊斯 Es 股份有限公司