(57)【要約】      （修正有）【課題】フラッシュオーバーおよびマルチパクティングの発生を軽減する構造を有するＭＥＭＳイメージインテンシファイアデバイスを提供する。【解決手段】微小電気機械デバイス１００は、上部プレート１１０、下部プレート１２０、およびスペーシング構造体１３０を含む。前記スペーシング構造体１３０は、上部および下部プレートに結合されており、スペーシング構造体１３０は、上部プレート１１０の第１の表面１１２および下部プレート１２０の第３の表面１２２に封止されたベース部分１３２を含む。スペーシング構造体１３０は、上部および下部プレート間の前記ベース部分１３２から延びる突出部分１３４をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスであって、
第１の表面および反対側の第２の表面を有する上部プレートと、
前記上部プレートから離間した下部プレートであって、前記下部プレートは、
前記上部プレートの前記第１の表面に面する第３の表面と、
前記第３の表面の反対側の第４の表面と、
前記第３の表面内に配設された一連のトレンチと、を備える、下部プレートと、
前記上部プレートの前記第１の表面と前記下部プレートの前記第３の表面とに環状に封止されたスペーシング構造体であって、そのため前記上部プレート、前記下部プレート、および前記スペーシング構造体は空間を画定し、前記スペーシング構造体は、前記上部プレートと前記下部プレートとの間に延びるベース部分と前記ベース部分から前記空間内へ内方に延びる突出部分とを有する、スペーシング構造体と、を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項２】
誘電体材料が、前記一連のトレンチおよび前記スペーシング構造体を覆う、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項３】
前記空間は、真空である、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４】
前記突出部分は、前記上部プレートおよび前記下部プレートから離間されている、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項５】
前記一連のトレンチは、前記スペーシング構造体の前記突出部分の下に配設されている、請求項４に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項６】
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面は、第１の長さ離間され、前記スペーシング構造体、前記突出部分、および前記一連のトレンチは、第２の長さを有する連続的な内部表面を集合的に形成し、前記第２の長さは前記第１の長さより少なくとも６倍大きい、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項７】
前記スペーシング構造体の前記突出部分は、前記突出部分から下方に延びる一連のフィンを含み得る、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項８】
前記フィンは、前記ベース部分に近接して配設された前記フィンが、前記空間内に延びる前記突出部分の自由端に近接して配設された前記フィンよりも長さが長いように、前記突出部分に沿って長さが先細りになっている、請求項７に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項９】
蛍光体スクリーンが、前記下部プレートの前記第３の表面上に配設されている、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１０】
前記上部プレートはカソードであり、前記下部プレートはアノードである、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１１】
微小電気機械デバイスであって、
第１の表面および反対側の第２の表面を有する上部プレートと、
前記上部プレートから離間した下部プレートであって、前記下部プレートは、前記上部プレートの前記第１の表面に面する第３の表面と、前記第３の表面の反対側の第４の表面とを含む、下部プレートと、
前記上部プレートおよび前記下部プレートに結合されたスペーシング構造体であって、前記スペーシング構造体は、
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面に封止されたベース部分と、
前記上部プレートと前記下部プレートとの間の前記ベース部分から延びる突出部分と、
前記突出部分から下方に延びる一連のフィンと、
前記フィンの各々の間に配設された一連のトレンチと、を備える、スペーシング構造体と、を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項１２】
前記スペーシング構造体は、前記上部プレート、前記下部プレート、および前記スペーシング構造体が、真空にされる空間を集合的に画定するように、前記上部および下部プレートに環状に封止される、請求項１１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１３】
前記突出部分は、前記空間内に延びる自由端を含む、請求項１２に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１４】
前記フィンは、前記ベース部分に近接して配設された前記フィンが、前記突出部分の前記自由端に近接して配設された前記フィンよりも長さが長いように、前記突出部分に沿って長さが先細りになっている、請求項１３に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１５】
前記突出部分は、前記上部プレートの前記第１の表面とチャネルを集合的に形成し、上部トリプルジャンクションが前記チャネル内に配設されている、請求項１１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１６】
前記上部プレートの前記第１の表面と前記下部プレートの前記第３の表面とは、第１の長さだけ離間しており、前記ベース部、前記突出部分、前記一連のフィン、および前記一連のトレンチは、前記第１の長さよりも少なくとも６倍長い第２の長さを有する連続的な内部表面を集合的に形成する、請求項１１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１７】
微小電気機械デバイスであって、
第１の表面および反対側の第２の表面を有する上部プレートと、
前記上部プレートから離間した下部プレートであって、前記下部プレートは、前記上部プレートの前記第１の表面に面する第３の表面と、前記第３の表面の反対側の第４の表面とを含む、下部プレートと、
前記上部プレートおよび前記下部プレートに結合されたスペーシング構造体であって、前記スペーシング構造体は、
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面に封止されたベース部分と
前記上部プレートと前記下部プレートとの間の前記ベース部分から延びる突出部分と、を備える、スペーシング構造体と、を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項１８】
一連の構造体が、前記下部プレートの前記第３の表面内に配設され、そのため前記一連の構造体は、前記スペーシング構造体の前記突出部分の下に配設される、請求項１７に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１９】
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面は、第１の長さだけ離間しており、前記ベース部分、前記突出部分、および前記一連の構造体は、前記第１の長さより少なくとも６倍長い第２の長さを集合的に形成する、請求項１８に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項２０】
誘電材料が前記一連の構造体を覆う、請求項１８に記載の微小電気機械デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関する。より具体的には、本発明は、デバイス内のフラッシュオーバーおよびマルチパクティングの発生を軽減する追加の構造を有するＭＥＭＳイメージインテンシファイアデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
超小型フィールドエミッタは、フラットパネルディスプレイ、自動車、ヘッドウェアラブルディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、屋外標識などに利用される様々なマイクロエレクトロニクスまたはＭＥＭＳデバイスにおいて電子源として使用され得る。ＭＥＭＳデバイスのこのような使用の１つは、暗視ゴーグル用イメージインテンシファイアであり、ゴーグルのサイズと重さの低減を可能にする。
【０００３】
イメージインテンシファイアは、典型的には、高電圧（例えば、４，０００〜６，０００ボルト）の真空ＭＥＭＳデバイスを利用し、互いに離間された様々な材料のパネルまたはプレートから構築され得る。２枚のプレートの間の空間は、真空にされ、各プレートの外側領域または環状領域に沿って配設されたスペーシング構造体によって封止されてもよい。プレートの一方はデバイスのカソードとして機能し、他方のプレートはデバイスのアノードとして機能し得る。こうして、電圧がプレートにわたって印加されると、カソードプレートは、間隔を通してアノードプレートに向けて電子を加速する。アノードプレートは、カソードからの電子と衝突してスクリーンの蛍光体を発光させ、アノードプレートを通って光を放出させる蛍光体スクリーンを含み得る。
【０００４】
イメージインテンシファイアに利用されるＭＥＭＳデバイスのタイプは高電圧を必要とするため、かつこれらのＭＥＭＳデバイスは典型的には真空中で堆積されるセシウムを有するので、表面経路長（すなわち、カソードプレートとアノードプレートとの間のスペーシング構造体の内部表面に沿った経路）は、真空ギャップの長さ（すなわち、カソードプレートとアノードプレートとの間の間隔）の６〜１０倍でなければならない。経路長が十分に長くなければ、ＭＥＭＳデバイスは、暗電流または漏れ電流を流す可能性があり、ＭＥＭＳデバイスの性能を阻害し得る。
【０００５】
加えて、イメージインテンシファイアのような典型的な高電圧ＭＥＭＳデバイスはまた、様々な表面でフラッシュオーバーを受けやすい。これは、ＭＥＭＳデバイスにとって致命的となる可能性があり、最終的にＭＥＭＳデバイスの故障または破壊をもたらす。例えば、ＭＥＭＳデバイスのトリプルジャンクション（例えば、上部プレート、スペーシング構造体、および真空の交差部）で生成された電子は、真空ギャップ内の電界強度によって加速され得、スペーシング構造体の垂直表面に当たる。スペーシング構造体の垂直表面上の電子の衝突は、電子のカスケードプロセスを生成し、それはマルチパクティングをもたらし、デバイスを破局的に破壊し得る。さらに、アノードプレートの蛍光体スクリーンから後方散乱した電子もまた、スペーシング構造体の垂直表面に衝突して、やはりマルチパクティングを引き起こし得る。
【０００６】
したがって、カソードプレートとアノードプレートとの間の真空ギャップを最小にしながら、カソードプレートとアノードプレートとの間の表面経路長を増加させるスペーシング構造体を有するＭＥＭＳデバイスが必要とされている。さらに、ＭＥＭＳデバイスのトリプルジャンクションに形成された電子からのマルチパクティングの発生を最小限に抑えるかまたは除去するＭＥＭＳデバイスのスペーシング構造体も必要とされている。また、蛍光体スクリーンまたはアノード表面からの電子後方散乱がマルチパクティングをもたらす可能性を低減するＭＥＭＳデバイスのスペーシング構造体も必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
改良された微小電気機械デバイスは、上部プレート、下部プレート、およびスペーシング構造体を含む。上部プレートは第１の表面と反対側の第２の表面とを含む。下部プレートは、上部プレートから離間し得る。下部プレートは、上部プレートの第１の表面に面する第３の表面と、第３の表面の反対側の第４の表面とを含む。下部プレートはまた、下部プレートの第３の表面に配設された一連の構造体を含む。スペーシング構造体は、上部および下部プレートに結合され、上部プレートの第１の表面および下部プレートの第３の表面に封止されたベース部分を含む。スペーシング構造体は、上部および下部プレートの間でベース部分から延びる突起部をさらに含む。一連の構造体は、突出部分の下方のスペーシング構造体の第３の表面に配設されてもよい。上部プレートの第１の表面および下部プレートの第３の表面は、第１の長さ（すなわち、上部プレートと下部プレートとの間の空間の厚さ）だけ離間されている。ベース部分、突出部分、および一連の構造体は、暗電流または漏れ電流を最小にするために、第１の長さよりも少なくとも６倍長い連続した第２の長さを集合的に形成する。
【０００８】
改良された微小電気機械デバイスの別の実施形態もまた、上部プレート、下部プレート、およびスペーシング構造体を含む。上部プレートは第１の表面と反対側の第２の表面とを含む。下部プレートは、上部プレートから離間しており、上部プレートの第１の表面に面する第３の表面と、第３の表面とは反対側の第４の表面とを含む。スペーシング構造体は、上部および下部プレートに結合されている。スペーシング構造体は、上部プレートの第１の表面および下部プレートの第３の表面に封止されたベース部分を含む。スペーシング構造体は、上部および下部プレートとの間でベース部分から延びる突起部をさらに含む。さらに、一連の構造体は、一連の構造体が下部プレートの第３の表面に向かって下方に延びるように、突出部分上に配設され得る。上部プレートの第１の表面および下部プレートの第３の表面は、第１の長さだけ離間されている。ベース部分、突出部分、および一連の構造体は、暗電流または漏れ電流を最小にするために、第１の長さよりも少なくとも６倍長い連続した第２の長さを集合的に形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による、表面経路長の増大した高電圧ＭＥＭＳデバイスの第１の例示的な実施形態の断面図を図示する。
【図２】図１に図示した高電圧ＭＥＭＳデバイスの誘電体構造の一部の詳細図を図示する。
【図３】本発明による表面経路長の増大した高電圧ＭＥＭＳデバイスの第２の例示的な実施形態の断面図を図示する。
【図４】図３に図示した高電圧ＭＥＭＳデバイスの下部プレートの一部の詳細図を図示する。
【００１０】
この開示全体を通して、同様の要素を識別するために、同様の参照番号が使用されている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による暗視ゴーグルのイメージインテンシファイアに利用されるＭＥＭＳデバイスの例示的な実施形態が、図１〜図４に図示されている。本明細書で開示される本発明の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの暗電流および漏れ電流を除去する。さらに、ＭＥＭＳデバイス１００の第１の実施形態はまた、図１に図示するように、マルチパクティングの発生を除去または最小化する。ＭＥＭＳデバイス１００は、上部プレート１１０、下部プレート１２０、およびスペーシング構造体１３０を含む。上部および下部プレート１１０、１２０は、両方とも半導体ウェハであってもよく、上部プレート１１０は、ＭＥＭＳデバイス１００のカソードプレートとして機能し、下部プレート１２０は、ＭＥＭＳデバイス１００のアノードプレートとして機能し得る。上部プレート１１０、下部プレート１２０、およびスペーシング構造体１３０の間に配設された空間１４０は、真空空間１４０内に配設されたセシウムを有する真空であってもよい。スペーシング構造体１３０は、上部および下部プレート１１０、１２０の両方と封止を形成する絶縁性誘電材料から構築されてもよく、真空空間１４０の形成を可能にする。スペーシング構造体１３０は、真空ギャップＢだけ上部プレート１１０の内部表面１１２を下部プレート１２０の内部表面１２２から分離し得る。さらに、ＭＥＭＳデバイス１００は、限定はしないが、矩形、円形、三角形などを含む任意の形状で形成されてもよい。ＭＥＭＳデバイス１００の形状にかかわらず、スペーシング構造体１３０は、上部プレート１１０の内部表面１１２および下部プレート１２０の内部表面１２２に対して環状に封止されている。
【００１２】
図示されていないが、上部プレート１１０は、電圧がＭＥＭＳデバイス１００、ならびに上部および下部プレート１１０、１２０にわたって印加されているときに、下部プレート１２０に向けて電子を放出／加速するのに有用な様々なサイズおよび形状の任意の数の追加構造を含んでもよい。さらに、下部プレート１２０は、下部プレート１２０の内部表面１２２上の中央に配設された蛍光体スクリーン１２４を含み得る。上部プレート１１０から下部プレート１２０に移動する電子は、蛍光体スクリーン１２４に当たり、蛍光体を発光させて、ディスプレイに利用できる光を発し得る。
【００１３】
図１に図示するように、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳデバイス１００の断面図の第１および第２の側面１０２、１０４の間で上部および下部プレート１１０、１２０を中央に通って延びる中央平面Ａを含む。先に説明したように、スペーシング構造体１３０は、上部および下部プレート１１０、１２０に環状に結合または封止される。さらに、スペーシング構造体１３０は、ＭＥＭＳデバイス１００の環状領域の周りに連続的に形成される。こうして、図１のＭＥＭＳデバイス１００の図示された断面図の第１の側面１０２に近接するスペーシング構造体１３０の部分は、ＭＥＭＳデバイス１００の図示された断面図の第２の側面１０４に近接して配設されたスペーシング構造体１３０の部分と一様に形成される。図示のように、スペーシング構造体１３０は、ベース部分１３２と突出部分１３４とを含む。ベース部分１３２は、ＭＥＭＳデバイス１００の環状側面１０２、１０４に近接して配設され、上部および下部プレート１１０、１２０の内部表面１１２、１２２にそれぞれ結合される。スペーシング構造体１３０の突出部分１３４は、ベース部分１３２から中央平面Ａに向かって真空空間１４０内に延びる。図１に図示する実施形態の場合、突出部分１３４は、中央平面Ａに向かって延びる延長アーム１３６と、一連のトレンチまたはトラフ１３８によって互いに離間されている一連の下向きに延びる部材またはフィン１３７を含む。図示のように、フィン１３７は、延長アーム１３６から下部プレート１２０の内部表面１２２に向かって下方に延びている。中央平面Ａに最も近接して配設されるフィン１３７は、ベース部分１３２に近接して配設されるフィン１３７よりも長さが短い。換言すれば、延長アーム１３６上に配設されたフィン１３７が中央平面Ａに近づくにつれて、フィン１３７の長さは先細りまたは減少する。
【００１４】
図１にさらに図示されるように、スペーシング構造体１３０の突出部分１３４の延長アーム１３６は、上部プレート１１０の内部表面１１２とチャネル１５０を集合的に形成する。さらに、チャネル１５０は、ＭＥＭＳデバイス１００の上部トリプルジャンクション１５２に近接して配設される。言い換えれば、上部プレート１１０、スペーシング構造体１３０、および真空空間１４０の接続または交差によって形成される上部トリプルジャンクション１５２が、チャネル１５０の端部に形成され、スペーシング構造体１３０のベース部分１３２に近接して配設されている。下部トリプルジャンクション１５４は、下部プレート１２０に近接して配設され、下部トリプルジャンクション１５４は、下部プレート１２０、スペーシング構造体１３０、および真空スペース１４０の接続または交差によって形成される。
【００１５】
スペーシング構造体１３０の図示された形状は、ＭＥＭＳデバイス１００の性能を改善するいくつかの目的を達成する。まず、図示され、前述のように、ＭＥＭＳデバイス１００の上部トリプルジャンクション１５２は、チャネル１５０の端部に位置付けされている。ＭＥＭＳデバイス１００の中央平面Ａに向かって延びる水平表面を有するチャネル１５０内に上部トリプルジャンクション１５２を方向付けることによって、マルチパクティングを引き起こす上部トリプルジャンクション１５２で形成される電子の能力が除去される。チャネル１５０の端部を越えてスペーシング構造体の垂直表面を位置決めすることにより、上部トリプルジャンクション１５２で形成された電子は、上部トリプルジャンクション１５２での電界強度がチャネル１５０の端部を越えて電子を散乱させるのに通常は十分強くないので、スペーシング構造体１３０の垂直表面に衝突することができない。このため、上部トリプルジャンクション１５２で形成された電子は、ＭＥＭＳデバイス１００内でマルチパクティングを引き起こす可能性は低い。
【００１６】
チャネル１５０はまた、追加の目的を果たす。先に説明したように、ＭＥＭＳデバイス１００を形成する際に、上部および下部プレート１１０、１２０間の真空空間１４０は真空にされる。スペーシング構造体１３０が上部および下部プレート１１０、１２０の内部表面１１２、１２２に封止されると、真空空間１４０は空気および／または気体を排気され得、外部大気から密閉される。チャネル１５０は、ゲッター（図示せず）の設置を提供する。ゲッターは、真空を完了して維持するために、真空空間１４０の内部に置かれた反応性材料の堆積物である。ゲッターは、真空空間１４０内の材料からのガス放出の結果として、それと接触するガス分子を吸収し得る。これは、ＭＥＭＳデバイス１００においてフラッシュオーバー／マルチパクティングの生成を引き起こす電子との衝突の結果としてのガス分子のイオン化をさらに防止する。
【００１７】
スペーシング構造体１３０の図示された形状はまた、上部プレート１１０と下部プレート１２０との間のスペーシング構造体１３０に沿った表面経路長を増加させる。図１に図示する枠取りＣ内に配設されたスペーシング構造体１３０の突出部分１３４の端部の詳細図である図２は、表面経路長Ｄの一部を図示している。スペーシング構造体１３０の表面に沿って上部プレート１１０から下部プレート１２０に移動する電子は、表面経路Ｄに沿って移動し得る。図示のように、電子は、突出部分１３４の延長アーム１３６の上表面に沿って移動することによってスペーシング構造体１３０の表面を追従し、フィン１３７の各々を上下して、スペーシング構造体１３０のトレンチ１３８の各々を出入りする。これにより、表面経路長Ｄが真空ギャップＢよりも長くなる。暗電流または漏れ電流の量を制限するために、スペーシング構造体１３０は、真空ギャップＢより６〜１０倍長い表面経路長Ｄを有し得る。スペーシング構造体１３０の形成は、ＭＥＭＳデバイス１００の横方向の寸法を最小にしつつ、ＭＥＭＳデバイス１００の真空ギャップＢを減少させることを可能にする。
【００１８】
加えて、スペーシング構造体１３０の突出部分１３４の延長アーム１３６に沿ったフィン１３７の長さの先細りまたは減少は、蛍光体スクリーン１２４に衝突し、真空空間１４０を通って後方に散乱して、マルチパクティングを引き起こす電子の能力を最小にする。上部プレート１１０から下部プレート１２０に加速されて蛍光体スクリーン１２４に衝突する電子が、蛍光体スクリーン１２４に捕捉されない場合、図１に示すように、電子は上方および外方向に跳ね返り得る。延長アーム１３６に沿ったフィン１３７の長さの先細りは、後方散乱電子がスペーシング構造体の垂直表面（すなわち、フィン１３７の垂直表面）に衝突する可能性を低減し、その代わりに、後方散乱電子が水平表面（すなわち、下部プレート１２０の内部表面１２２）に衝突する可能性を増加させる。このため、後方散乱電子が真空空間１４０内の垂直表面に衝突する可能性を低減することによって、マルチパクティングの可能性も低減される。
【００１９】
図３および図４を参照すると、第１の実施形態１００と同様に、ＭＥＭＳデバイスの暗電流および漏れ電流を除去する、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態が図示されている。しかしながら、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態は、ＭＥＭＳデバイス１００の第１の実施形態のようにマルチパクティング発生を除去または最小化し得ない。第１の実施形態１００と同様に、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態は、上部プレート３１０、下部プレート３２０、およびスペーシング構造体３３０を含む。上部および下部プレート３１０、３２０は、両方とも半導体ウェハであってもよく、上部プレート３１０は、ＭＥＭＳデバイス３００のカソードプレートとして機能し、下部プレート３２０は、ＭＥＭＳデバイス３００のアノードプレートとして機能する。第１の実施形態１００と同様に、上部プレート３１０、下部プレート３２０、およびスペーシング構造体３３０の間に配設された空間３４０は、真空空間３４０内に配設されたセシウムを有する真空であってもよい。さらに、スペーシング構造体３３０は、上部および下部プレート３１０、３２０の両方と封止を形成する絶縁性誘電材料から構築されてもよく、真空空間３４０の形成を可能にする。スペーシング構造体３３０は、真空ギャップＢだけ上部プレート３１０の内部表面３１２を下部プレート３２０の内部表面３２２から分離し得る。第１の実施形態１００と同様に、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態は、限定はしないが、矩形、円形、三角形などを含む任意の形状で形成されてもよい。ＭＥＭＳデバイス３００の形状に関わらず、スペーシング構造体３３０は、上部プレート３１０の内部表面３１２および下部プレート３２０の内部表面３２２に対して環状に封止されている。
【００２０】
図示されていないが、上部プレート３１０は、電圧がＭＥＭＳデバイス３００にわたって、下部および上部プレート３１０、３２０にわたって印加されているときに、下部プレート３２０の方向に電子を放出するのに有用な様々なサイズおよび形状の任意の数の追加構造を含んでもよい。さらに、下部プレート３２０は、下部プレート３２０の内部表面３２２上の中央に配設された蛍光体スクリーン３２４を含み得る。上部プレート３１０から下部プレート３２０に向かって加速された電子は、蛍光体スクリーン３２４に当たり、蛍光体を発光させて、ディスプレイに利用できる光を発し得る。
【００２１】
図３に示すように、第１の実施形態１００と同様に、ＭＥＭＳデバイス３００は、ＭＥＭＳデバイス３００の断面図の第１および第２の側面３０２、３０４との間で上部および下部プレート３１０、３２０を通して中央に延びる中央平面Ａを含む。先に説明したように、スペーシング構造体３３０は、上部および下部プレート３１０、３２０に環状に結合または封止される。さらに、スペーシング構造体３３０は、ＭＥＭＳデバイス３００の環状領域の周りに連続的に形成される。このように、図３のＭＥＭＳデバイス３００の図示された断面図の第１の側面３０２に近接するスペーシング構造体３３０の部分は、ＭＥＭＳデバイス３００の断面図の第２の側面３０４に近接して配設されたスペーシング構造体３３０の部分と一様に形成される。図示のように、スペーシング構造体３３０は、ベース部分３３２および突出部分３３４を含む。ベース部分３３２は、ＭＥＭＳデバイス３００の環状側面３０２、３０４に近接して配設され、それぞれ上部および下部プレート３１０、３２０の内部表面３１２、３２２に結合される。スペーシング構造体３３０の突出部分３３４は、ベース部分３３２から中央平面Ａに向かって真空空間３４０内に延びる。第１の実施形態１００とは異なり、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態は、一連のトレンチまたはトラフによって互いから離間された一連のフィンを含まない。さらに、突出部分３３４は、上部プレート３１０の内部表面３１２および下部プレート３２０の内部表面３２２の両方から離間している。
【００２２】
図３にさらに図示するように、下部プレート３２０の内部表面３２２は、一連のトレンチ３２６を含む。一連のトレンチ３２６は、トレンチ３２６がスペーシング構造体３３０の突出部分３３４の下に配設されるように、下部プレート３２０の内部表面３２２内に配設される。こうして、下部プレート３２０は、ＭＥＭＳデバイス３００の第１の側面３０２上に配設されたスペーシング構造体３３０の部分に近接する一連のトレンチ３２６と、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の側面３０４上に配設されたスペーシング構造体３３０の部分に近接する一連のトレンチ３２６とを含む。一連のトレンチ３２６は、限定されるものではないが、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）エッチング、ウェハボンディング、犠牲膜のアンダーカット、等方性エッチング、異方性エッチングなどを含む方法のうちのいずれか１つを介して下部プレート３２０の内部表面３２２に形成し得る。この第２の実施形態において、下部プレート３２０は、トレンチ３２６の壁に配設された酸化物を有するシリコンから形成されてもよい。下部プレート３２０は、内部表面３２２上に配設された絶縁体と、絶縁体内に直接形成された一連のトレンチ３２６とを含むようにさらに形成されてもよい。この実施形態では、アノード領域は、その中に配設された導体を有するであろう。
【００２３】
第１の実施形態１００と同様に、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態は、上部トリプルジャンクション３５０および下部トリプルジャンクション３５２を内に含む。上部トリプルジャンクション３５０は、上部プレート３１０に近接して配設され、上部プレート３１０、スペーシング構造体３３０、および真空空間３４０の接続または交差によって形成される。逆に、下部トリプルジャンクション３５２は、下部プレート３２０に近接して配設され、下部プレート３２０、スペーシング構造体３３０、および真空空間３４０の接続または交差によって形成される。第１の実施形態１００とは異なり、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態の上部トリプルジャンクション３５０は、狭いチャネル内に配設されず、そのため、上部トリプルジャンクション３５０で形成された電子は、スペーシング構造体３４０の垂直表面上への電界強度によって加速され得、マルチパクティングが生じる可能性がある。
【００２４】
図３および図４に図示するように、突出部分３３４および一連のトレンチ３２６の組み合わせは、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態の表面経路長Ｅを増加させる。図３に最もよく示されているように、表面経路長Ｅの一部は、ベース部分３３２の垂直表面および突出部分３３４の表面によって形成される。電子は、ベース部分の内部表面およびスペーシング構造体３３０の突出部分３３４の周りを下に移動することによって、上部プレート３１０から下部プレート３２０へスペーシング構造体３３０のこれらの表面に沿って移動し得る。表面経路Ｅはまた、図３に図示される枠取りＦ内のＭＥＭＳデバイス３００の部分の詳細図である図４に示すように、下部プレート３２０の内部表面３２２に配設された一連のトレンチ３２６の内外にまたがる。こうして、ＭＥＭＳデバイス３００の第２の実施形態では、表面経路長Ｅは、スペーシング構造体３３０の内部表面および下部プレート３２０の内部表面３２２のトレンチ３２６を追従する。先に説明したように、暗電流または漏れ電流の量を制限するために、スペーシング構造体３３０は、真空ギャップＢより６〜１０倍長い表面経路長Ｅを有し得る。スペーシング構造体３３０に加えてトレンチ３２６の数および深さの形成は、ＭＥＭＳデバイス３００の横方向の寸法を最小にしつつ、ＭＥＭＳデバイス３００の真空ギャップＢを減少させることを可能にする。
【００２５】
本明細書で使用される、「左」、「右」、「上」、「底」、「前」、「後」、「側」、「高さ」、「長さ」、「幅」、「上部」、「下部」、「内の」、「外の」、「内部」、「外部」、などのような用語は、単に参照点または参照部分を説明するだけであり、本発明を何か特定の方向または構成に限定するものではないことを理解されたい。さらに、「例示的」という用語は、本明細書では例または例証を説明するために使用される。例示的として本明細書に記載された任意の実施形態は、好ましいまたは有利な実施形態として解釈されるのではなく、むしろ本発明の可能な実施形態の一例または例証として解釈されるべきである。
【００２６】
開示された発明は、１つ以上の特定の実施例で具体化されるように本明細書に図示および説明されているが、それでも、本発明の範囲から逸脱することなく、かつ特許請求の範囲の等価物の範囲および値域内で種々の改変および構造的変更を行い得るので、示された詳細に限定されることを意図するものではない。加えて、実施形態のうちの１つからの様々な特徴は、別の実施形態に組み込み得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、広範かつ添付の特許請求の範囲に記載される開示の範囲に一致する方法で解釈されることが適切である。
【図１】
2019098517.tif 000003
【図２】
2019098517.tif 000004
【図３】
2019098517.tif 000005
【図４】
2019098517.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月10日(2019.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスであって、
第１の表面および反対側の第２の表面を有する上部プレートと、
前記上部プレートから離間した下部プレートであって、前記下部プレートは、
前記上部プレートの前記第１の表面に面する第３の表面と、
前記第３の表面の反対側の第４の表面と、
前記第３の表面内に配設された一連のトレンチと、を備える、下部プレートと、
前記上部プレートの前記第１の表面と前記下部プレートの前記第３の表面とに環状に封止されたスペーシング構造体であって、そのため前記上部プレート、前記下部プレート、および前記スペーシング構造体は空間を画定し、前記スペーシング構造体は、前記上部プレートと前記下部プレートとの間に延びるベース部分と前記ベース部分から前記空間内へ内方に延びる突出部分とを有する、スペーシング構造体と、を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項２】
誘電体材料が、前記一連のトレンチおよび前記スペーシング構造体を覆う、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項３】
前記空間は、真空である、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４】
前記突出部分は、前記上部プレートおよび前記下部プレートから離間されている、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項５】
前記一連のトレンチは、前記スペーシング構造体の前記突出部分の下に配設されている、請求項４に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項６】
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面は、第１の長さ離間され、前記スペーシング構造体、前記突出部分、および前記一連のトレンチは、第２の長さを有する連続的な内部表面を集合的に形成し、前記第２の長さは前記第１の長さより少なくとも６倍大きい、請求項１に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項７】
微小電気機械デバイスであって、
第１の表面および反対側の第２の表面を有する上部プレートと、
前記上部プレートから離間した下部プレートであって、前記下部プレートは、前記上部プレートの前記第１の表面に面する第３の表面と、前記第３の表面の反対側の第４の表面とを含む、下部プレートと、
前記上部プレートおよび前記下部プレートに結合されたスペーシング構造体であって、前記スペーシング構造体は、
前記上部プレートの前記第１の表面および前記下部プレートの前記第３の表面に封止されたベース部分と、
前記上部プレートと前記下部プレートとの間の前記ベース部分から延びる突出部分と、
前記突出部分から下方に延びる一連のフィンと、
前記フィンの各々の間に配設された一連のトレンチと、を備える、スペーシング構造体と、を備える、微小電気機械デバイス。
【請求項８】
前記スペーシング構造体は、前記上部プレート、前記下部プレート、および前記スペーシング構造体が、真空にされる空間を集合的に画定するように、前記上部および下部プレートに環状に封止される、請求項７に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項９】
前記突出部分は、前記空間内に延びる自由端を含む、請求項７に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１０】
前記フィンは、前記ベース部分に近接して配設された前記フィンが、前記突出部分の前記自由端に近接して配設された前記フィンよりも長さが長いように、前記突出部分に沿って長さが先細りになっている、請求項９に記載の微小電気機械デバイス。
【外国語明細書】
2019098517000001.pdf