(57)【要約】放出器（５０、１００）は、電子供給層（１０）と、電子供給層上に形成されたトンネル層（２０）とを有する。必要に応じて、絶縁体層（７８）が電子供給層上に形成され、その絶縁体層はその中に画定された開口部を有し、その開口部内にトンネル層が形成される。トンネル層上に陰極層（１４）が形成され、電子（１６）および／または光子（１８）のエネルギー放出（２２）のための表面が提供される。放出器はアニーリング工程（１２０、１２２）にかけられ、それにより電子供給層から前記陰極層に突き抜ける電子の供給量を増加させることが好ましい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放出器（５０、１００）であって、
電子供給源（１０）と、
陰極層（１４）と、および
前記電子供給源と前記陰極層との間に配置されたトンネル層（２０）とを含み、
前記電子供給源、前記陰極層および前記トンネル層が、アニーリング工程（１２０、１２２）にかけられている、放出器（５０、１００）。
【請求項２】
前記トンネル層（２０）が金属クラスタ誘電体である、請求項１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項３】
前記トンネル層（２０）が、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＷＳｉＮ、ＴａＡｌＯｘＮｙ、ＴａＡｌＯｘ、およびＡｌＯｘＮｙからなるグループから選択される金属クラスタ誘電体である、請求項１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項４】
平方センチメートル当たり１×１０−２アンペアより大きな放出電流を与えるように動作することができる、請求項１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項５】
前記トンネル層（２０）が、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の範囲内の厚みを有する、請求項１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項６】
集積回路（５２）であって、
基板（１０）と、
前記基板上に配置された請求項１に記載の放出器（５０、１００）と、および
前記放出器を有する前記基板上に形成された、前記放出器を動作させるための回路（７２）とを含む、集積回路（５２）。
【請求項７】
電子装置であって、
エネルギー（２２）を放出することができる請求項１に記載の放出器（５０、１００）と、および
前記放出されたエネルギーを受け取ることができ、前記放出されたエネルギーを受け取ることに応じて少なくとも第１の作用を生じさせ、前記放出されたエネルギーを受け取らないことに応じて第２の作用を生じさせることができる陽極構造（７６、４０、５８）とを含む、電子装置。
【請求項８】
前記電子装置が大容量記憶装置（図７）であり、前記陽極構造が記憶媒体（５８）であり、前記電子装置が、前記陽極構造において生じた作用を検出するための読出し回路（６２）をさらに含む、請求項７に記載の電子装置。
【請求項９】
前記電子装置がディスプレイ装置（図６）であり、前記陽極構造が前記放出されたエネルギーを受け取ることに応じて視認可能な作用を生じさせるディスプレイ画面（４０）である、請求項７に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記ディスプレイ画面（４０）が、前記放出されたエネルギー（２２）を受け取ることに応じて光子（１８）を放出するために動作可能な１つまたは複数の燐光体（４２）を含む、請求項９に記載の電子装置。
【請求項１１】
放出器（５０、１００）であって、
電子供給層（１０）と、
前記電子供給層上に形成され、その中に画定された開口部を有する絶縁体層（７８）と、
前記開口部内の前記電子供給層上に形成されたトンネル層（２０）と、および
前記トンネル層上に形成された陰極層（１４）とを含み、
前記放出器がアニーリング工程（１２０、１２２）にかけられて、エネルギー放出（２２）のために前記電子供給層から前記陰極層に突き抜ける電子の供給量が増加されている、放出器（５０、１００）。
【請求項１２】
前記電子（１６）の放出に加えて、光子（１８）を放出することができる、請求項１１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項１３】
前記トンネル層（２０）が金属クラスタ誘電体である、請求項１１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項１４】
前記陰極層（１４）が、平方センチメートル当たり約０．０１アンペアより大きな放出率を有する、請求項１１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項１５】
前記トンネル層（２０）が、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＷＳｉＮ、ＴａＡｌＯｘＮｙ、ＴａＡｌＯｘ、およびＡｌＯｘＮｙからなるグループから選択される金属クラスタ誘電体である、請求項１１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項１６】
前記トンネル層（２０）が、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の厚みを有する、請求項１１に記載の放出器（５０、１００）。
【請求項１７】
電子供給源（１０）上に放出器（５０、１００）を形成するための方法であって、
前記電子供給源（１０）上に配置された絶縁体層（７８）に接着するために導電層（８０、８２）を付着するステップであって、前記絶縁体層が前記電子供給源への開口部を画定する、ステップと、
前記導電層上にパターニング層（１０４）を付着するステップと、
前記パターニング層および前記導電層内に前記電子供給源への開口部（１０８）を形成するステップと、
前記パターニング層および前記開口部上にトンネル層（２０）を付着するステップと、および
前記トンネル層の下から前記パターニング層を除去するために前記パターニング層（図１１Ｉ）をエッチングするステップであって、前記導電層からリフトオフすることにより前記開口部内に配置されていない前記トンネル層を除去する、ステップとを含む、方法。
【請求項１８】
トンネル電流を増加させるために前記処理された放出器をアニールするステップ（１２０、１２２）をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記付着されたトンネル層（２０）が、約５０ｎｍ（５００オングストローム）未満の厚みを有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記トンネル層（２０）上に陰極層（１４）を付着するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出素子を対象とする。特に、本発明は、直接的なトンネル効果を利用するフラット電界放出用の放出器（emitter：エミッタ）と、電子装置におけるその使用方法とを対象とする。
【０００２】
発明の背景
ディスプレイまたは記憶装置のような他の電子装置のために有用な電子放出を生じさせるために、いくつかの異なる電界放出素子が提案され、実施されている。従来の電子管のような熱電子放出をともなう真空装置では、電子放出を生じさせるために、陰極表面を加熱する必要があった。電子は、真空空間において、電子を引き付けるために所定の電位になっている陽極構造に引き寄せられる。陰極線管のようなディスプレイ装置の場合、陽極構造は燐光体をコーティングされており、電子が燐光体に衝突する際に、光子が生成されて可視画像が生成されるようになっている。スピント先端構造体（先細りの先端構造体）のような冷陰極装置が、熱陰極技術の代わりになるものとして用いられてきた。しかしながら、信頼性を保持しながら、サイズを縮小し、いくつかのスピント先端構造体を集積化するのは困難であった。サイズが縮小されると、スピント先端構造体は、電子が衝突する際にイオン化される真空中の汚染物質からの損傷をさらに受けやすくなる。その際、イオン化された汚染物質はスピント先端構造体に引き付けられ、その先端構造体と衝突し、それにより、損傷を引き起こす。スピント先端構造体の寿命を延ばすために、真空空間は益々高い真空度を持たなければならない。より大きな放出表面を有するフラット放出器は、低真空度の要件で、高い信頼性で動作させることができる。しかしながら、応用形態によっては、従来のフラット放出器からの電流密度の量は役に立つほど十分には高くない場合もある。したがって、高い電流密度を有し、低真空環境において高い信頼性で動作することもできるフラット放出器を形成することが必要とされている。
【０００３】
概要
放出器は、電子供給層と、電子供給層上に形成されたトンネル層とを有する。必要に応じて、電子供給層上に絶縁体層が形成され、その絶縁体層は画定された開口部を有し、その開口部内にトンネル層が形成される。トンネル層上には陰極層が形成され、電子および／または光子からなるエネルギーを放出するための表面が提供される。放出器はアニーリング工程にかけられ、それにより電子供給層から陰極層に突き抜ける電子の供給量を増加させることが好ましい。
【０００４】
好ましい実施形態および代替の実施形態の詳細な説明
本発明は、電子源とフラット陰極表面との間に高電界を生成するために、約５０ｎｍ（５００オングストローム）未満の十分な薄さを有するトンネル層を用いることにより、平方センチメートル当たり高いレベルの放出電流を提供する電界放出用の放出器を対象とする。従来のフラット放出器タイプの素子は、表面積の平方センチメートル当たりの放出電流が低く、それゆえいくつかの応用形態では用いることができない。本発明は、好ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の、好ましくは約１０ｎｍ（１００オングストローム）の金属クラスタ誘電体の薄い堆積物を用いて、電子源と陰極表面との間で電子が突き抜けることができる障壁を形成する。そのような材料を用いることにより、放出電流は、平方センチメートル当たり１０ｍＡ、１００ｍＡまたは１Ａより大きくすることができ、それは、従来のフラット放出器技術の放出電流よりそれぞれ１桁、２桁または３桁大きい。実際の放出率は、トンネル層に用いられる材料のタイプと厚みに関する設計上の選択に依存するであろう。電子放出に加えて、本発明は、本発明を組み込む放出器のためのさらなる用途を提供する光子放出を引き起こすこともできる。本発明のさらなる利点および特徴は、本発明、その形成方法および種々の用途に関する以下の説明においてさらに明らかになるであろう。
【０００５】
この説明の図面においては、放出器構成要素の種々の部品は、一定の縮尺で描かれていない。本発明のより明確な例示と理解を提供するために、ある特定の寸法が他の寸法に対して誇張されている。例示するために、本明細書に示される実施形態は、深さおよび幅を有する種々の領域を用いて２次元の図面で示される。これらの領域は１つの素子の単一のセルの一部分のみを示しているにすぎず、そのような素子は３次元の構造で構成された複数のそのようなセルを含むことができることは理解されたい。したがって、これらの領域は、実際のデバイス上に製作される場合には、長さ、幅および深さを含む３次元を有するであろう。
【０００６】
さらに、本発明の一態様は、それが従来の集積回路薄膜技術を用いて製作され得ることである。工程ステップのうちのいくつかを実行するために、いくつかの異なる技術が存在しており、それらは当業者によって入れ替えられ得る。たとえば、特に言及されない限り、材料の堆積は、数例を挙げると、蒸着、スパッタリング、化学蒸着法、分子線エピタキシ、光化学蒸着法、低温光化学蒸着法、およびプラズマ堆積のようないくつかの工程のうちの１つによって行うことができる。さらに、可能なエッチング技術のうちのいくつかを挙げると、ウエットエッチング、ドライエッチング、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング、および円筒型プラズマエッチングや平面プラズマエッチングのようなプラズマエッチングなどのいくつかの異なるエッチング技術が存在する。実際に用いられる技術の選択は、数ある中でも、用いられる材料およびコストの判断基準に依存する。
【０００７】
図１は、電子供給源１０を含む、電子および光子を放出するための放出器素子５０、好ましくはフラット放出器の例示的な図である。電子供給源１０の上にはトンネル層２０がある。トンネル層２０は、硝酸タングステンシリコン（ＷＳｉＮ）または酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ、ただしｘ＝０．５〜２．５）のような金属クラスタ誘電体から形成されることが好ましい。また、酸窒化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＯｘＮｙ）、酸化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＯｘ）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）または他の遷移金属（ＴＭ）酸化物または酸窒化物（（ＴＭ）Ｏｘまたは（ＴＭ）ＯｘＮｙ）もトンネル層２０として利用できるものと考えられる。トンネル層は５０ｎｍ（５００オングストローム）未満の厚みを有することが好ましく、その厚みは、１０ｎｍ（１００オングストローム）またはそれ未満のような、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の範囲内にあることが好ましい。選択される厚みは、トンネル層が耐えることができなければならない電界強度と、所望の放出器の放出電流とを決定する。トンネル層２０上に配置されるのは陰極層１４であり、それは、プラチナ、金、モリブデン、イリジウム、ルテニウム、タンタル、クロムあるいは他の屈折性金属またはその合金のような薄膜導体であることが好ましい。陰極層の厚みは、３ｎｍ〜１５ｎｍ（３０〜１５０オングストローム）であることが好ましい。放出器電圧Ｖｅ（約３〜１０Ｖ）を有する電圧源２４が、陰極層１４およびコンタクト１２を介して電子供給源１０に印加されるとき、基板１０（電子供給源）から陰極層１４まで電子が突き抜ける。トンネル層２０が薄いために、電子が突き抜ける電界は非常に強く、陰極層１４の表面からの電子放出物１６は、従来の設計よりも大きくなる。また、電子放出物１６とともに光子放出物１８も生じ、放出器５０からのエネルギー放出物２２が形成される。
【０００８】
種々の厚みに関して、電界は以下の式により計算される。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
ただし、ｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓはトンネル層２０の厚みである。たとえば、Ｖｅ＝１０Ｖの場合、トンネル層が１０ｎｍ（１００オングストローム）の厚さである場合には、電界は１０７Ｖ／ｍに等しい。
【００１１】
トンネル層２０は、スパッタリングにより堆積されることが好ましい。トンネル層として金属クラスタ誘電体を用いることにより、金属クラスタ誘電体は絶縁破壊することなく非常に高い電界強度に耐えるので、電子供給源１０と陰極層１４との間に非常に高い電界強度がかけられ、より高い放出を達成することができる。
【００１２】
図２は、図１の放出器５０に関する１つの用途の例示的な図である。この応用形態では、電子放出物１６は、静電集束装置またはレンズ２８によって集束されており、その装置またはレンズ２８は、レンズ２８の集束効果を変更するように調整され得る所定の電圧に設定される導体内のアパーチャとして例示される。レンズ２８は、所望の集束効果を生じさせるために、２つ以上の導体層から形成され得ることは当業者には理解されよう。電子放出物１６はレンズ２８によって集束され、陽極構造３０上に集束されたビーム３２となる。陽極構造３０は陽極電圧Ｖａ（２６）に設定され、その大きさは、目的とする用途、および陽極構造３０から放出器５０までの距離に応じて、応用形態毎に変更される。たとえば、陽極構造３０が記憶装置のための記録可能な媒体である場合、Ｖａは５００〜１０００Ｖになるように選択され得る。レンズ２８は、そのアパーチャ内に電界３４を形成することにより電子放出物１６を集束する。Ｖｅから適切な電圧に設定されることにより、放出器５０から放出される電子はアパーチャの中央に向けられ、その後さらに陽極構造３０に引き寄せられて、集束されたビーム３２が形成される。
【００１３】
図３は、ピクセルグループのアレイに形成された多数の集積化された放出器１００を含む集積回路５２を有するディスプレイ４０の例示的な実施形態である。集積放出器１００は光子放出物１８、すなわち可視光源を放出し、それは光学レンズ３８で、画像として視認可能な集束されたビーム３２に集束される。光学レンズ３８は、放出器から放出された電子を捕捉するために、酸化インジウムスズのような透明な導電性表面をコーティングされることが好ましく、したがってレンズ上に陰極層が形成される。
【００１４】
図４は、集積回路５２の例示的な実施形態であり、それは少なくとも１つの集積放出器１００を含むが、アレイに配列された複数の集積放出器１００を含むことが好ましい。放出器制御回路７２が集積回路５２上に集積化され、少なくとも１つの集積放出器１００を動作させるために使用される。
【００１５】
図５は、集積放出器１００およびレンズアレイ４８を含む集積回路５２の例示的な実施形態である。集積回路５２は、薄膜導電層のような、好ましくは高濃度にドープされたシリコンまたは導電性材料である導電性基板１０上に形成されており、その基板は電子源を提供する。基板１０の上にはトンネル層２０が配置され、その層は５０ｎｍ（５００オングストローム）未満の厚み、好ましくは約１０ｎｍ（１００オングストローム）の厚みを有するが、応用形態によっては５ｎｍ〜２５ｎｍ（５０オングストローム〜２５０オングストローム）の厚みであることがさらに好ましい場合もある。半導体薄膜材料からなる種々の層が基板１０に付着され、エッチングされて、集積放出器１００が形成される。トンネル層２０上に配置されるのは陰極層１４であり、その陰極層１４は好ましくは、プラチナ、金、モリブデン、イリジウム、ルテニウム、タンタル、クロムあるいは他の屈折性材料またはその合金からなる薄膜導電層であるが、好ましくは実質的にプラチナである。陰極層１４は陰極表面を形成し、その表面から、電子および光子の形のエネルギーが放出される。従来の薄膜処理を用いてレンズアレイ４８が付着され、そのレンズアレイ４８は、導電層内に画定され、かつ集積放出器１００と位置合わせされ、そのエネルギーを集積放出器１００から陽極構造７６の表面上に集束するためのレンズ２８を含む。陽極構造７６は、集積回路５２からの目標とする距離７４に配置される。
【００１６】
図６は、本発明の集積放出器１００を用いるディスプレイ用途の別の実施形態である。この実施形態では、集積回路５２内に複数の放出器１００が配列されて、形成される。各放出器１００は、電子放出物１６または光子放出物１８の形のエネルギー放出物２２を放出する（図１を参照）。陽極構造、すなわちディスプレイ４０が、ディスプレイサブピクセル４２から構成されたディスプレイピクセル４４において、放出されたエネルギーを受け取る。ディスプレイサブピクセル４２は、エネルギー放出物２２の電子放出物１６が衝突する際に光子を生成する燐光体材料であることが好ましい。代案として、ディスプレイサブピクセル４２は、直に光子を視認するために、エネルギー放出物２２の光子放出物１８がディスプレイ４０を通過できるようにするための半透明の開口部とすることができる。
【００１７】
図７は、記憶装置における集積放出器１００の別の用途である。この例示的な実施形態では、複数の集積放出器１００を有する集積回路（ＩＣ）５２は、集積放出器１００と位置合わせされる集束機構からなるレンズアレイ４８を有する。レンズアレイ４８を用いて、記録表面、すなわち媒体５８に影響を及ぼすために用いられる、集束されたビーム３２が生成される。媒体５８は、ＩＣ５２上の集積放出器１００に対して媒体５８を位置決めするムーバ５６に付着される。ムーバ５６は、その中に集積化されたリーダ回路６２を有することが好ましい。リーダ６２は、媒体５８への第１のオーミックコンタクト６４と、ムーバ５６、好ましくは半導体基板または導体基板への第２のオーミックコンタクト６６とを形成する増幅器６８として示される。集束されたビーム３２が媒体５８に衝突するとき、集束されたビームの電流密度が十分に高い場合には、媒体は相変化して、影響を受けた媒体領域６０が形成される。媒体５８の表面に低電流密度の集束されたビーム３２が加えられるとき、増幅器６８によって種々の電流量が検出され、リーダ出力７０が生成される。こうして、放出器５０からのエネルギーで媒体に影響を及ぼすことにより、媒体の構造的な相変化特性を用いて、媒体に情報が格納される。１つのそのような相変化材料はＩｎ２Ｓｅ３である。他の相変化材料も当業者には知られている。
【００１８】
図８は、陰極層１４内に放出器領域８４を含む集積放出器１００の本発明の例示的な実施形態の平面図である。陰極層１４は絶縁体層７８上に配置された導電層８２に電気的に結合され、かつその上に配置される。集積放出器１００は、好ましくは円形として示されるが、他の形状を用いることもできる。円形は、その形状内に不連続なエッジがないので、生成される電界がより均一になるという点で好ましい。
【００１９】
図９は、９−９軸に沿って見た図８に示された集積放出器１００の例示的な実施形態の断面図である。基板１０、好ましくは導電層または高濃度にドープされた半導体が、絶縁体層７８内に画定された開口部内に配置されたトンネル層２０への電子供給源を提供する。陰極層１４、好ましくは薄膜導電層が、トンネル層２０上と、部分的に導電層８２上とに配置され、それにより導電層と電気的に接触する。必要に応じて、絶縁体層７８および導電層８２のために選択される特定の材料に応じて、導電層８２と絶縁体層７８との間に結合接触面を提供するために、接着層８０を追加することができる。
【００２０】
図１０は、マイクロプロセッサ９６と、マイクロプロセッサ９６に結合されたメモリ９８と、電子装置、すなわち記憶装置９４およびディスプレイ装置９２とを含むコンピュータ９０の例示的なブロック図である。電子装置はマイクロプロセッサ９６に結合される。マイクロプロセッサ９６は、メモリからの命令を実行することができ、メモリと、記憶装置９４およびディスプレイ装置９２のような電子装置との間でデータを転送することを可能にする。各電子装置は、本発明を組み込む放出器と、好ましくは放出器からの放出物を集束するための集束装置とを有する集積回路を含む。放出器は電子供給層を有し、その上には絶縁層が配置される。絶縁層はその中に画定された開口部を有し、その開口部内に、トンネル層が電子供給層上に形成される。トンネル層上には陰極層がある。放出器を含む集積回路はアニーリング工程にかけられ、それにより電子供給層から陰極層に突き抜けることができる電子の供給量を増加させることが好ましいが、それはオプションである。また、アニーリング工程は、金属層間の接触抵抗を低減し、それにより放出器への電子の導電性が高められる。
【００２１】
図１１Ａ〜図１１Ｌは、本発明を組み込む放出器を形成するために使用される例示的な工程ステップを示す。図１１Ａでは、誘電体またはフォトレジストのマスク１０２が、基板１０、好ましくはシリコン半導体基板に付着されるが、基板１０は、導電性の薄膜層または導電性基板とすることができる。基板１０は、約１００〜０．０００１Ω・ｃｍの面積抵抗を有することが好ましい。
【００２２】
図１１Ｂでは、絶縁体層７８が、好ましくは、基板１０がシリコン基板であるときにフィールド酸化膜成長によって形成される。必要に応じて、絶縁体層７８は、他の酸化物、窒化物、あるいは従来の半導体工程を用いて単独で、または組み合わせて堆積または成長される他の従来の誘電体から形成され得る。絶縁体層７８は、マスク１０２によって覆われる領域を除く基板上に形成される。マスク１０２によって画定された領域、それゆえ絶縁体層７８内に結果として生じる空隙、または画定される開口部は、マスク１０２が除去された後に形成される集積放出器１００の場所と形状を決定する。
【００２３】
図１１Ｃでは、オプションの接着層８０が基板１０および絶縁体層７８上に付着される。接着層８０は、後に付着される導電層８２（図１１Ｄを参照）が金から形成される場合には、タンタルであることが好ましい。接着層は従来の堆積技術を用いて付着されることが好ましい。接着層は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ（１００〜２００オングストローム）の厚さであることが好ましいが、選択される材料に応じて任意の厚みにすることができる。
【００２４】
図１１Ｄでは、基板１０上に先に付着された層、たとえば用いられるなら接着層８０上に、導電層８２が付着される。導電層は従来の堆積技術を用いて形成されることが好ましい。導電層は、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ（５００〜１０００オングストローム）の厚さの金であることが好ましい。
【００２５】
図１１Ｅでは、導電層８２上にパターニング層１０４が付着され、その中に開口部が形成され、集積放出器を形成するためのエッチング領域が画定される。パターニング層１０４は約１μｍ厚のポジ型フォトレジスト層であることが好ましい。
【００２６】
図１１Ｆでは、ウエットエッチング工程を用いて、パターニング層１０４の開口部内の導電層８２内に開口部を形成することが好ましい。通常、そのエッチングは、図示されるように等方性エッチングプロファイル１０６を生成し、導電層の一部がパターニング層１０４の下側でアンダーカットされる。用いられるウエットエッチング工程は、接着層８０が用いられる場合には、その接着層８０とは反応せず、エッチング材料が基板１０に達するのを防ぐことが好ましい。必要に応じて、ドライエッチング工程を用いて、導電層８２をエッチングすることができる。
【００２７】
図１１Ｇでは、接着層８０と反応するドライエッチング工程を用いて、異方性プロファイル１０８を生成することが好ましい。
【００２８】
図１１Ｈでは、好ましくは金属クラスタ誘電体、ＴｉＯｘ、ＴａＯｘ、ＷＳｉＮ、ＴａＡｌＯｘＮｙ、ＴａＡｌＯｘまたはＡｌＯｘＮｙのような高い絶縁耐力の材料からなるが、中でもＴｉＯｘからなることが好ましいトンネル層２０が、パターニング層１０４上、および絶縁体層７８内の開口部上にある処理された基板１０の表面上に付着される。トンネル層２０は、金属をスパッタリングし、かつ酸素および／または窒素を導入することにより堆積され、約５０ｎｍ（５００オングストローム）未満、好ましくは、約１０ｎｍ（１００オングストローム）のような約５ｎｍ〜約２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の厚みまでの誘電体が形成されることが好ましい。
【００２９】
図１１Ｉでは、リフトオフ工程を用いて、パターニング層１０４と、パターニング層１０４上に配置されたトンネル層２０の部分とが除去される。低温プラズマを用いて、パターニング層１０４内の有機材料を反応性エッチングおよび灰化することが好ましい。平面プラズマエッチング工程において用いられるガスは酸素であることが好ましい。処理された基板１０はチャンバ内に配置され、酸素が導入され、エネルギー源によって励起されて、プラズマ場が生成される。プラズマ場は酸素を高エネルギー状態へと付勢して、それによりパターニング層１０４の成分が酸化されてガスになり、そのガスは真空ポンプによってチャンバから除去される。それらが近接していること、およびその体積比に差があるために、リフトオフ中にパターニング層１０４の成分のあるものは、パターニング層１０４上に配置された薄いトンネル層２０の成分と反応する。たとえば、パターニング層１０４から解放される一酸化炭素が、トンネル層２０のＴｉＯｘ層内の酸素と反応して、ＣＯ２ガスが形成され、そのＣＯ２ガスは次に除去され、導電層８２の表面上に少量のＴｉが残される。こうして、パターニング層１０４上に配置されたトンネル層２０は、本質的にリフトオフ工程において除去される。リフトオフ工程が完了した後に、絶縁体層７８の開口部内に配置されたトンネル層２０の部分のみが本質的に残される。
【００３０】
必要に応じて、プラズマリフトオフ工程の代わりに、ウエットリフトオフ工程を用いることができる。処理された基板１０の表面にトネンル層２０が付着された後に、基板１０は、パターニング層１０４を膨張させて除去することになる溶媒内に浸漬され、このため、トンネル層２０が絶縁体層７８の開口部内に配置されたままになる。
【００３１】
図１１Ｊは、処理された基板１０の表面上に陰極層１４を付着したことを示す。陰極層１４は、プラチナのような薄膜金属層であることが好ましく、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ（５０〜２５０オングストローム）の厚みを有することが好ましい。陰極層１４のために、金、モリブデン、イリジウム、ルテニウム、タンタル、クロムまたは他の屈折性材料あるいはその合金などの他の金属を用いることができる。トンネル層２０上に配置される陰極層１４は、放出器チャンバ１１４内に放出器表面８６を形成する。
【００３２】
図１１Ｋは、陰極フォトレジスト層１１６の付着を示しており、基板１０上に多数の放出器を分離するために陰極層１４がエッチングされることになる開口部を画定するように、陰極フォトレジスト層１１６が付着されて、パターニングされている。
【００３３】
図１１Ｌは、エッチングされ、陰極フォトレジスト１１６が除去された後の陰極層１４を示す。放出器チャンバ１１４内には放出器表面８６がある。結果として生じた構造の例示的な平面図が、図８に示される。放出器表面８６は第１の領域を有する。放出器チャンバ１１４は、接着層８０内において概ね平行な側壁を有する、放出器表面８６に界接する第１のチャンバセクションを有する。放出器チャンバ１１４は、第２の領域を有する開口部に向かって広がる側壁を有する導電層８２内に形成された第２のチャンバセクションを有する。第２の領域は第１の領域よりも大きい。陰極層１４は、放出器表面８６上と、放出器チャンバ１１４の第１のセクションおよび第２のセクションの側壁上とに配置される。集積回路薄膜技術を用いて放出器を製作することにより、その放出器は、従来の集積回路上に見られる従来の能動回路とともに集積化され得る。放出器を含む集積回路は、前述のように、ディスプレイ装置または記憶装置に使用され得る。製作後に、放出器はアニーリング工程にかけられ、放出器からの放出物の量を増加させることが好ましい。
【００３４】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明を具現化する放出器の放出電流容量を増加させるために用いられる例示的なアニーリング工程のチャートである。また、アニーリング工程は、放出器がより長持ちできるようにすることにより、素子の歩留まりと品質も高める。アニーリング工程は、数ある利点の中でも、異なる金属の接触抵抗を低減し、それにより放出器に流れる電流を増加することに役立つ。
【００３５】
図１２Ａでは、第１の熱プロファイル１２０が、本発明を組み込む放出器を含む処理された基板が最初に１０分以内に約４００℃の温度まで高められ、その後、３０分間、この温度に保持されることを示す。その後、処理された基板は、約５５分かけて、ゆっくり室温（約２５℃）まで冷却される。
【００３６】
図１２Ｂでは、第２の熱プロファイル１２２が、本発明を組み込む放出器を含む処理された基板が１０分以内に約６００℃の温度まで加熱されて、約３０分間、この温度に保持されることを示す。その後、処理された基板は、約１００分かけて、室温まで徐々に冷却される。上昇温度および冷却の速度は、上述の例示的な工程から変更されることができ、それでも依然として本発明の思想および範囲を満たすことができることは当業者には理解されよう。本発明を組み込む少なくとも１つの放出器を含む基板をアニールすることにより、放出器のいくつかの特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を組み込むトンネル放出器の例示的な図である。
【図２】図１のトンネル放出器を用いて集束された電子ビームを生成することを示す例示的な図である。
【図３】ディスプレイ装置を形成するためにいくつかのトンネル放出器および光学レンズを含む集積回路の例示的な図である。
【図４】多数のトンネル放出器および制御回路を組み込む集積回路の例示的なブロック図である。
【図５】トンネル放出器からのエネルギー放出物を集束するためのレンズを含む集積回路上のトンネル放出器の例示的な図である。
【図６】光子を生成または通過させる多数のトンネル放出器および陽極構造を含む集積回路から形成される例示的なディスプレイを示す図である。
【図７】書換え可能媒体に対して情報を読み出し、かつ記録するための多数のトンネル放出器を含む集積回路を組み込む例示的な記憶装置の図である。
【図８】例示的なトンネル放出器の平面図である。
【図９】図８に示されるトンネル放出器の例示的な断面図である。
【図１０】本発明のトンネル放出器を組み込む、電子装置、ディスプレイまたは記憶装置のうちの少なくとも１つを組み込むコンピュータの例示的なブロック図である。
【図１１Ａ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｂ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｃ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｄ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｅ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｆ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｇ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｈ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｉ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｊ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｋ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１１Ｌ】本発明のトンネル放出器を形成するための例示的な工程において用いられる例示的なステップの図である。
【図１２Ａ】必要に応じて本発明のトンネル放出器を改善するために用いられる例示的なアニーリング工程のチャートである。
【図１２Ｂ】必要に応じて本発明のトンネル放出器を改善するために用いられる例示的なアニーリング工程のチャートである。
【図４】
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【図１０】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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