(57)【要約】      （修正有）【課題】電力や寿命を改善したマイクロサイズのイオンポンプを提供する。【解決手段】複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００−１、−５、第１のゲート電極１１５、第２のゲート電極お１１０よび高電圧陽極１５０を有するマイクロ・イオンポンプ１０において、第１のＸ―Ｚ平面上に位置する複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００は、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面の高アスペクト比を有するそれぞれの複数の端面１０１−１、−５を有し、第１のゲート電極１１５は第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第２のＸ―Ｚ平面に、第２のゲート電極は第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面に、高電圧陽極１５０は、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面にあり、第２のゲート電極１１０は、高電圧陽極１５０と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００−１、−５との間にある。【選択図】図１
2015165497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））であって、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）の高アスペクト比を備えたそれぞれの複数の端面（１０１（１―８））を有することを特徴とする複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））と、
第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面（Ｘ２、Ｚ２）の第１のゲート電極（１１５）と、
第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面（Ｘ３、Ｚ３）に置かれる第2のゲート電極（１１０）と、
第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面の高電圧陽極（１５０）であって、第2のゲート電極は、高電圧陽極と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの間にあることを特徴とする高電圧陽極（１５０）と、
第１部分（１８０―１）および第2の部分（１８０―２）を包含している絶縁層（１８０）と、
を有し、
第2のＸ―Ｚ平面において、第1のゲート電極（１１５）は、絶縁している層の第１の部分によって、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））からオフセットされ、
第３のＸ―Ｚ平面の第2のゲート電極（１１０）は、絶縁層の第2の部分によって、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされ、
複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの複数の高アスペクト比の端面（１０１（１―８））が第１の部分および絶縁層の第2の部分から伸びると共に、第１のＸ―Ｚ平面のそれぞれの複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの複数の主本体部（１０２（１―８））は絶縁層の第１の部分および第2の部分によって、入っている、
ことを特徴とするマイクロ・イオンポンプ（１０）。
【請求項２】
複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））が、
第１のＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）の複数の第１の端面（１０１（１―８））を備えた複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１の部分（１００（１―４））と、
第2のＹ―Ｚ平面（Ｙ´２、Ｚ´２）の複数の第2の端面（１０１（１―８））を備えた複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分（１００（５―８））と、
を有し、
第2のゲート電極（１１０）の開口部（１６０）が、第１のＹ―Ｚ平面と第2のＹ―Ｚ平面の間の距離（ＤＥＦ）より少ないＸ方向の幅（Ｗｏ）を備え、
複数の高アスペクト比の第1の端面（１０１（１―４））および複数の高アスペクト比の第2の端面（１０１（１―８））が、第2のゲート電極（１１０）によって、高エネルギー・イオン（ｉ＋）から保護される、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ・イオンポンプ（１０）。
【請求項３】
マイクロ・イオンポンプ（１０）を囲むハウジング（３００）と、
マイクロ・イオンポンプであって、
第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））であって、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタが、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）に高アスペクト比を備えたそれぞれの複数の端面（１０１（１―８））を備えることを特徴とする複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ（１００（１―８））と、
第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面（Ｘ２、Ｚ２）の第１のゲート電極（１１５）と、
第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面（Ｘ３、Ｚ３）に置かれる第2のゲート電極（１１０）と、
を有することを特徴とするマイクロ・イオンポンプと、
第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面の高電圧陽極（１５０）であって、第2のゲート電極が、高電圧陽極と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタとの間にあることを特徴とする高電圧陽極（１５０）と、
を有することを特徴とする高真空微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[1]  この特許出願は２０１４年２月２４日に出願された「ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＥＤＧＥ  ＦＩＥＬＤ  ＥＭＩＴＴＥＲ  ＢＡＳＥＤ  ＭＩＣＲＯ  ＩＯＮ  ＰＵＭＰ」と名付けられた米国仮特許出願番号第６１／９４３,７７８号に優先権を主張し、完全に本願明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
[2]  冷却原子タイミングおよびナビゲーション・リファレンスが極度の精度を提供すると共に、それらは高真空装置（〜１０―８トール）が作動することを必要とする。冷却原子技術（例えばＤＡＲＰＡのＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏ primary Ａｔｏｍｉｃ  Ｃｌｏｃｋ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＩＭＰＡＣＴ）およびＣｈｉｐ―Ｓｃａｌｅ  Ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｎａｖｉｇａｔｏｒ、ＣＳＣＡＮを小型化する継続努力については、マイクロサイズ真空技術開発は、デバイス携帯性を可能にすることも必要とする。冷原子と他の高真空微小電気機械システム（MEMS）アプリケーションのためのサイズ、パワー、寿命、及び磁場強度の制約のために、すべての要件を満たしている現在利用可能なマイクロ真空技術は存在しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[3]  マイクロ・イオンポンプは、提供される。マイクロ・イオンポンプは、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ、第１のゲート電極、第2のゲート電極および高電圧陽極を包含する。複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、第１のＸ―Ｚ平面にある。複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面の高アスペクト比を有するそれぞれの複数の端面を有する。第１のゲート電極は、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面にある。第2のゲート電極は第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面に置かれる。高電圧陽極は、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面にある。第2のゲート電極は、高電圧陽極と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタとの間にある。
【０００４】
[4]  図面が例示的実施形態だけを表し、従って、範囲において、制限すると考慮されないことになっていることを理解し、例示的実施形態は、添付の図面を用いることにより付加的な特性および詳細により記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[5]  図１は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプの実施形態の第１の側の断面図である。
【図２】[6]  図２は、図１の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプの第2の側の断面図である。
【図３】[7]  図３は、図１の一部の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプの上面図である。
【図４】[8]  図４は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプの一部の実施形態の上面図である。
【図５】[9]  図５は、ハウジングに格納された薄膜エッジ・フィールド・エミッタベースのマイクロ・イオンポンプを包含している一部のシステムの上面図である。
【図６】[10]  図６は、マイクロ・イオンポンプを形成することに関し典型的な方法に関するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[11]  一般の習慣に従って、さまざまな記載された特徴は、一定の比率で描かれず、例示的実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。文字が図およびテキストの全体にわたって参照文字は同様なエレメントを意味する。
【０００７】
[12]  以下の詳細な説明において、その一部を構成する添付の図面を参照してなされるが、特有の実施形態を示すものである。しかしながら、構造的、機械的および電気的変化がされることができる他の実施形態が利用できることを理解すべきである。さらにまた、図面および明細書に表される方法は、個々のステップが実行されることができるオーダーを制限するものとして解釈されない。従って、以下の詳細な説明は、限定的にとられないことである。
【０００８】
[13]  上述した問題を解決するために、新規なミクロ真空ポンプ技術は、ミニチュア冷却原子技術の最終的な成功に関し必要とされる。本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプの実施形態は、いくつかの重要な利点を有する。本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプの実施形態は、容積が１ｃｃ未満の小型である。これは、容積が７０ｃｃより大きい最も小さい市販のイオンポンプの７０倍より小さい。現在利用可能なイオンポンプとは異なり、本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプの実施形態を作動するのに磁場は、必要としない。マイクロ・イオンポンプが用いられるデバイスの性能を磁場が減損させるので、これは利点である。例えば、マイクロ・イオンポンプが必要とされる冷却原子デバイスに関し、磁場は、冷却原子デバイスの性能を減損させる。本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプのエミッタのエッジは、比較的大きく（マイクロ・イオンポンプにおいて、使用する従来のミクロ先端に関して）、より損傷を受けやすくない。具体的には、本願明細書において、記載されるエッジ・エミッタは、先端より大きなエミッタ領域を有し、それ故、高電流密度で形をなしているフィールドによって、陰極低下を受けそうにない。加えて、マイクロ・イオンポンプのエミッタエッジは、上部ゲート電極によって、高エネルギー・イオンから保護されている。マイクロ先端フィールド・エミッタに関し故障の主な原因であるために、高エネルギー・イオンからの損傷は、考慮される。
【０００９】
[14]  図１は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０の実施形態の第１の側の断面図である。図２は、図１の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０の第2の側の断面図である。図２の横断面ビューがとられる平面は、図１のセクション・ライン２―２により示される。図３は、図１の一部の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０の上面図である。具体的には図３は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）、バックコネクタ１０５（１―２）、エミッタ抵抗１０６（１―２）およびコンタクト・パッド１０７（１―２）が配置される平面（Ｘ―Ｚ）に重畳される第2のゲート電極１１０の開口部１６０を示す。薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０は、本明細書において、「マイクロ・イオンポンプ１０」とも称される。
【００１０】
[15]  薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０は、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）（図３）、第１のゲート電極１１５、第2のゲート電極１１０および高電圧陽極１５０を包含する。薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）は、本明細書において、「高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―８）」または「エミッタ１００（１―８）」とも称される。本明細書において、第ｉの薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）は、エミッタ１００―ｉ（ｉは正の整数）と称される。
【００１１】
[16]  薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―４）は、第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）（図１）にあり、第１のＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）（図２および３）の高アスペクト比を有するそれぞれの複数の端面１０１（１―４）を有する。薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（５―８）は第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）（図１）にある。そして、それは図３のＸ―Ｚ平面（Ｘ´２、Ｚ´２）としても示される。薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（５―８）は、第2のＹ―Ｚ平面（Ｙ´２、Ｚ´２）（図３）の高アスペクト比を有するそれぞれの複数の端面１０１（５―８）を有する。端面１０１（１―８）は、電子ｅ-が発される薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）のエッジである。
【００１２】
[17]  第１のゲート電極１１５は、第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面（Ｘ２、Ｚ２）（図１）にある。第2のゲート電極１１０は、第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面（Ｘ３、Ｚ３）（図１）にある。第１のゲート電極１１５は、本明細書において、「下部のゲート電極１１５」とも称される。第2のゲート電極１１０は、本明細書において、「上部ゲート電極１１０」または「陰極１１０」とも称される。
【００１３】
[18]  高電圧陽極１５０は、距離Ｄ（図１および２）によって、第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）からオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面（Ｘ４、Ｚ４）（図１）にある。第2のゲート電極１１０は、高電圧陽極１５０と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の間にある。かくして、第３のＸ―Ｚ平面（Ｘ３、Ｚ３）は、第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）および第４のＸ―Ｚ平面（Ｘ４、Ｚ４）に、それの間に平行である。
【００１４】
[19]  下部のゲート電極１１５は、絶縁体層１８０の第１部分１８０―１によって、エミッタ１００（１―８）から分離される。上部ゲート電極１１０は、絶縁体層１８０の第2の部分１８０―２によって、エミッタ１００（１―８）から分離される。上部ゲート電極１１０は、ギャップ１８５によって、高電圧陽極１５０からオフセットされる。本明細書で定義されるように、ギャップ１８５は、空気とは別の絶縁材料を包含しない。マイクロ・イオンポンプ１０がエンクロージャにおいて、動作中であるとき、真空のままになっているガスのいかなる分子も包含するために、ギャップ１８５の空気は考慮される。一旦マイクロ・イオンポンプ１０が吸引装置を提供すると、真空がギャップ１８５にある。用語「ギャップ１８５」および「真空ギャップ１８５」が、取り換えられて本願明細書において、使われる。
【００１５】
[20]  図１および３に示すように、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００―１は、全般的に１０２―１において、代表される本体部分および全般的に１０３―１において、代表される端面部分を包含する。端面部分１０３―１は、高アスペクト比端面１０１―１（図２）を包含する。同様に、図１および３に示すように、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００―５は、本体部分１０２―５および端面部分１０３―５を包含する。端面部分１０３―５は、高アスペクト比端面１０１―５を包含する。他の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（２―４）および１００（６―８）は、同じように構成される。図２に示すように、他の伸ばされた形が可能であるにもかかわらず、高アスペクト比端面１０１（１―４）は形状の方形である。
【００１６】
[21]  第１のＸ―Ｚ平面（Ｘ１、Ｚ１）のそれぞれの薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の主本体部１０２（１―８）は、第１部分１８０―１および絶縁層１８０―１の第2の部分１８０―２によって、入っている。端面部分１０３（１―８）は、第１部分１８０―１および絶縁層１８０―１の第2の部分１８０―２から伸びる。図１および３に示すように、対向する高アスペクト比端面１０１（５―８）から全般的に距離ＤＥＦの１６１において、代表されるギャップによって、高アスペクト比端面１０１（１―４）は、分離される。対向する高アスペクト比端面１０１（１―４）と高アスペクト比端面１０１（５―８）間のギャップ１６１は、材料を絶縁しているいずれでも満たされない。一旦マイクロ・イオンポンプ１０が吸引装置を提供すると、真空がギャップ１６１にある。用語「ギャップ１６１」および「真空ギャップ１６１」が、取り換えられて本願明細書において、使われる。
【００１７】
[22]  第2のゲート電極１１０は、１６０（図１および３）を開いている方形を有する金属層である。開口部１６０は、端面部分１０３（１―８）が第2のゲート電極１１０によって、高電圧陽極１５０から保護されているように、第１のＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）と第2のＹ―Ｚ平面（Ｙ´２、Ｚ´２）（図３）の間に距離ＤＥＦ未満であるＸ方向の幅Ｗｏ（図３）を有する。
【００１８】
[23]  図３に示すように、端面１０１（１―４）と対向する端面１０１（５―８）間の距離ＤＥＦは、長さＯＬの２倍によって、第2のゲート電極１１０の開口部１６０の幅Ｗｏより大きい。全般的にｉ＋において、代表される高エネルギー・ガス・イオンから、長さＯＬによって、高アスペクト比第１の端面１０１（１―４）を通じて突出する第2のゲート電極１１０の部分は、それぞれの端面１０１（１―４）に保護を提供する。同様に、長さＯＬによって、高態様第２の端表面１０１（５―８）を通じて突出する第2のゲート電極１１０の部分は、高エネルギー・ガス・イオンｉ＋から、それぞれの端表面１０１（５―８）に保護を提供する。高エネルギー・ガス・イオンｉ＋は、エミッタ１００（１―８）により発されて、陽極１５０と上部ゲート電極１１０の間にフィールドにより加速される電子ｅ-によって、イオン化される。
【００１９】
[24]  従来技術のマイクロイオンポンプは、ゲートで保護されていない点に来て、先端エミッタを使用する。従って、ガス・イオンはとがった先端エミッタに衝撃を与えて、それらに損害を与える。そして、それは従来技術のマイクロ・イオンポンプの寿命を著しく低減させる。本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプの実施形態は、２つの理由に関し生涯を延長したように設計されている。第一に、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の端面部分１０３（１―８）は、ガス・イオンから保護される。第2の、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の端面１０１（１―８）の高アスペクト比率は、鋭いポイントで終わるエミッタより損傷を受けにくい。
【００２０】
[25]  図３に示すように、高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―４）は、バックコネクタ１０５―１によって、各々に電気的に接続している。高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―４）は、本明細書において、「複数の高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―８）の第１部分１００（１―４）」と称される。バックコネクタ１０５―１は、エミッタ抵抗１０６―１によって、コンタクト・パッド１０７―１と接続されている。同様に、高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（５―８）は、バックコネクタ１０５―２によって、各々に電気的に接続している。高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（５―８）は、本明細書において、「複数の高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―８）の第2の部分１００（５―８）」と称される。バックコネクタ１０５―２は、エミッタ抵抗１０６―２によって、コンタクト・パッド１０７―２と接続されている。
【００２１】
[26]  図２に示すように、エミッタ１００（１―８）は、厚みＴＥおよび幅ＷＥを有する。図３に示すように、エミッタ１００（１―８）は、長さＬＥを有する。幅WEは、Y'-Z'平面のZ'方向における広がりを有し、厚さTEは、Y'-Z'平面のY '方向における広がりを有し、長さLEは、X'-Z'平面のX'方向に広がりを有する。エミッタ１００（１―８）の厚みＴＥは、エミッタ１００（１―８）の長さＬＥおよび幅ＷＥよりもはるかに小さい。
【００２２】
[27]  マイクロ・イオンポンプの他の実施形態は異なる数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタを包含する。そして、それは図４に示すように同じであるか異なる形状を有することがありえる。図４は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１２の一部の実施形態の上面図である。エミッタの形状が異なるという点で、マイクロ・イオンポンプ１２はマイクロ・イオンポンプ１０と異なる。図４に示すように、図４に示されるエミッタ１００（１―１２）の幅ＷＥは、図２および３のエミッタ１００（１―８）の幅ＷＥより狭い（Ｚ方向）。
【００２３】
[28]  この実施形態の一つの実装において、幅ＷＥは、厚みＴＥの少なくとも１０倍である。この実施形態の他の実装において、長さＬＥは２、３ミクロンのオーダーであり、幅ＷＥは何十ミクロンまでもいくつかのオーダーであり、厚みＴＥは何十ナノメートルのオーダーでもある。この実施形態のさらにもう一つの実装において、幅ＷＥは２〜２０ミクロンのレンジの中であり、厚みＴＥは１０ナノメートル〜３０ナノメートルのレンジの中である。この実施形態のさらにもう一つの実装において、高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―８）の厚みＴＥは、厚さ２０ナノメートルである。この実施形態のさらにもう一つの実装において、高アスペクト比エッジ・エミッタ１００（１―８）は、プラチナの層から形成される。
【００２４】
[29]  ここで、マイクロ・イオンポンプのオペレーションを説明する。マイクロ・イオンポンプ１０が動作中であるとき、高電圧陽極１５０は高電圧（例えば、キロボルトのオーダー）で正に荷電し、第１のゲート電極１１５および第2のゲート電極１１０はより低い電圧（例えば、１００未満の電圧で）で正に荷電し、そして、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）は接地される。このように、高電圧陽極１５０は、それから第１のゲート電極１１５、第2のゲート電極１１０および薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）のいずれかよりも高い電圧であるである。第１のゲート電極１１５および第2のゲート電極１１０は、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）より高電圧である。
【００２５】
[30]  電圧（＜１００Ｖ）が上部ゲート電極１１０および下部のゲート電極１１５に適用されるとき、全般的に２００において、代表される極めて高い電界は、それぞれ、エミッタ１００―１および１００―５の端面１０１―１および１０１―５の高アスペクト比に起因する（図１）エミッタ１００―１および１００―５の端面１０１―１および１０１―５で形成される。図１に示すように、電子ｅ―は、高電界２００のためエミッタ１００―１および１００―５の端面１０１―１および１０１―５から発される。点線／曲線矢印により示されるように、放出電子ｅ-は開口部１６０およびギャップ１８５による陽極１５０の方へ加速される。加速した電子ｅ-は、ギャップ１８５の残りガス分子に衝撃を与えて、イオン化する。イオン化されたガス分子ｉ＋は、陽極１５０と第2のゲート電極１１０の間に電界のため第2のゲート電極１１０の方へ加速される。イオン化されたガス分子ｉ＋は、本明細書において、「イオンｉ＋」とも称される。
【００２６】
[31]  端は１０１―ｉを面する。そして、端面１０１（１―８）が上部ゲート電極１１０によって、カバーされるので、陽極１５０から離れて加速されるイオンｉ＋に、それぞれのエミッタ１００―ｉの端面部分１０３―ｉはさらされない。かくして、端表面１０１―ｉおよびそれぞれのエミッタ１００―ｉの端面部分１０３―ｉは、イオンｉ＋によって、マイクロ・イオンポンプ１０のオペレーションの間、分解しない。ＷＥ＞＞ＴＥ（すなわち、エッジ・エミッタ１００（１―４）は高アスペクト比を有する）が他の理由であり、端表面１０１―ｉおよびそれぞれのエミッタ１００―ｉの端面部分１０３―ｉは、マイクロ・イオンポンプ１０のオペレーションの間、分解しない。
【００２７】
[32]  この実施形態の一つの実装において、高電圧陽極１５０は、２キロボルトと３キロボルトの間にある。この実施形態の他の実装において、高電圧陽極１５０は、６ミリメートル〜１０ミリメートルのレンジの中で、距離Ｄ（図１）によって、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）からオフセットされる。
【００２８】
[33]  極めて低圧力（例えば、アプローチング１０e-１１ｍｂａｒ）に達することで、イオンポンプは使用可能である。真空（すなわち、ポンプで水を揚げる）内部で、圧力を低減させるために、ガス分子は、閉鎖空間から除去されなければならない。この実施形態の一つの実装において、閉鎖空間は、マイクロ・イオンポンプ１０に関しハウジングにより形成される。２つの機構がガス分子を除去するためにあり、それは同時に両方とも起こる。第１のメカニズムは、貴ガスに作動する。貴ガス・イオンｉ＋が陰極１１０に攻撃するとき、一部の貴ガス・イオンｉ＋は中和されて、陰極１１０から離れて反射される。これらは、１５０の陽極またはポンプ壁（例えば、マイクロ・イオンポンプを囲んでいる壁）に、ｉ＋が透過する貴ガス・イオンを反射した。イオン衝突プロセスの間に、いくつかのカソード材料は、離れてスパッタ堆積を行なわれる。スパッタされたカソード材料は陽極１５０およびポンプ壁をコーティングする。それによって、その過程で壁／陽極に深く入りこんだ中和されたイオンを埋める。これは、貴ガスに関し主要なポンピング機構である。
【００２９】
[34]  第2のメカニズムは、化学的に活性化ガス（すなわち、Ｏ２、ＣＯ２など当業者に公知）に作動する。第１のメカニズムも化学的に活性化ガスに作動する、しかし、それは化学的に活性化ガスに関し主要なポンピング機構でない。この実施形態の一つの実装において、第2のゲート電極（陰極）１１０は、化学的に活性化材料から形成される。陰極１１０の化学的に活性化材料が離れてスパッタ堆積を行なわれるときに、それは上記したように陽極１５０およびポンプ壁面をコーティングする。化学的に活性化ガス分子はコーティングされた表面に化学的に取り付けられる。そして、分子は陰極１１０の化学的に活性化材料を通じて被覆されていて、それによって、埋められる。例えば、植設された中性の分子を埋めて、化学的に活性化ガス分子を吸収するために、陰極１１０の化学的に活性化材料は、陰極１１０から離れてスパッタ堆積を行なわれる。
【００３０】
[35]  本実施形態の別の態様では、第2のゲート電極110は、タンタルから形成される。タンタルは高原子量を都合よく有し、それは陽極１５０および／またはポンプ壁に浸透する高エネルギーにより反射されているガス・イオンｉ＋の確率を上昇させる。この高エネルギーは、貴ガスをポンプしているレートを上昇させる。この実施形態のさらにもう一つの実装において、第2のゲート電極１１０は、タンタルから形成される。この実施形態のさらにもう一つの実装において、第2のゲート電極１１０は、タンタルおよびタンタルの組合せから形成される。この実施形態のさらにもう一つの実装において、スパッタ堆積を行なわれることがありえる非化学的に活性化材料から、第2のゲート電極１１０は、形成される。要約すると、貴ガスをポンプするために、それがスパッタ堆積を行なわれることがありえる限り、第2のゲート電極１１０は化学的にアクティブ必要はない。化学的に活性化ガス（貴ガス以外のガス）をポンプするために、第2のゲート電極１１０は、高ポンプで水を揚げている速度を有するために化学的にアクティブことを必要とする。
【００３１】
[36]  この実施形態のさらにもう一つの実装において、陽極１５０は、ステンレス鋼から形成される。この実施形態のさらにもう一つの実装において、絶縁体層１８０―１および１８０―２は、窒化ケイ素および／またはシリコン酸化物から形成される。この実施形態のさらにもう一つの実装において、エミッタ抵抗１０６―１および１０６―２は、ＴａＮから形成される。この実施形態のさらにもう一つの実装において、基板１２０は、シリコン基板１２０である。他の寸法および材料は、マイクロ・イオンポンプ１０を形成するために用いることがありえる。
【００３２】
[37]  本明細書中に示されるように、マイクロイオンポンプ10または12は、長期間にわたって性能を低下させることなく（〜10-8トール）程度の非常に高真空を達成できる。
[38]  図５は、図１―３に示すように薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプ１０を包含している一部の高真空―微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）１１の上面図である。ハウジング３００において、配置されるときに、本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプ１２の実施形態が高―真空―ＭＥＭＳ１１において、使われることがありえる。適切な様に、ハウジング３００は設計される、マイクロ・イオンポンプ１０が用いられている技術に関し。この実施形態の一つの実装において、ハウジング３００の壁は、ポンプ壁である。図５に示すように、典型的な回路１７５は、ハウジング３００において、ある。マイクロ・イオンポンプ１０に関しハウジング３００の圧力を低減させることを必要とする電圧を適用するために、回路１７５は、マイクロ・イオンポンプ１０に接続している。高電圧陽極１５０と下部のゲート電極１１５間の電位差分、上部ゲート電極１１０および複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）を使用可能な状態で適用するために、回路１７５は、構成される。この実施形態の他の実装において、回路１７５は、ハウジング３００に外部的である。この実施形態のさらにもう一つの実装において、回路１７５をマイクロ・イオンポンプ１０から分離しているハウジング３００において、追加筐体は、ある。この後者の場合、カソード材料がスパッタ堆積を行なわれる壁を、内部エンクロージャは、包含する。
【００３３】
[39]  この実施形態の一つの実装において、ミニチュア冷却原子システム１１は、マイクロ・イオンポンプ１０を囲むために、ハウジング３００が用いられる。ミニチュア冷却原子システム１１に用いられるマイクロ・イオンポンプの実施形態は、絶縁層１８０によって、入っているそれぞれの複数の主本体部１０２（１―８）を有している第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）と、一方、絶縁層１８０から伸びるそれぞれの複数の高アスペクト比率端面１０１（１―８）および端面部分１０３（１―８）と、絶縁層１８０の第１部分１８０―１によって、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面の第１のゲート電極１１５と、絶縁層１８０の第2の部分１８０―２によって、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面の第2のゲート電極１１０と、距離Ｄによって、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）からオフセットされる高電圧陽極１５０と、
を包含する。第2のゲート電極１１０は、高電圧陽極１５０と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の間にある。
【００３４】
[40]  この実施形態の他の実装において、他のアプリケーションに関しシステムがマイクロ・イオンを囲むために適切に設計されたハウジングを用いてされる他の高真空ＭＥＭＳは、本願明細書において、記載されてポンプで水を揚げる。
【００３５】
[41]  図６は、マイクロ・イオンポンプを形成することに関し典型的な方法に関するフロー図である。本願明細書において、記載されるマイクロ・イオンポンプの実施形態のいずれかに、方法６００を適用できる。マイクロ・イオンポンプは、ＭＥＭＳシステムに用いられるＭＥＭＳ装置として形成される。
【００３６】
[42]  ブロック６０２で、下部のゲート電極は、Ｘ―Ｚ平面の基板表面の上に形成される。下部のゲート電極１１５は、導電材料を堆積させることに関し、様々な周知の技術の一つから金属から形成されることがありえ、金属スパッタリングまたは金属めっきを含むがこれに限定されない。この実施形態の一つの実装において、下部のゲート電極１１５は、タンタルの層から形成される。
【００３７】
[43]  ブロック６０４で、第１の絶縁層は、下部のゲート電極の上に形成される。第１の絶縁層１８０―１は、絶縁材料を堆積させることに関し、様々な周知の技術の一つであるにより形成されることがありえる。この実施形態の一つの実装において、第１の絶縁層１８０―１は、窒化ケイ素および／またはシリコン酸化物から形成される。
【００３８】
[44]  ブロック６０６で、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、第１の絶縁層にパターニングされる。この実施形態の一つの実装において、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の第１部分１００（１―４）の第１の端面１０１（１―４）は第１のＹ―Ｚ平面において、ある。そして、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の第2の部分１００（５―８）の第2の端面１０１（５―８）は第2のＹ―Ｚ平面において、ある。また、ブロック６０６で、電極に適切な電圧を適用する回路は、第１の絶縁層にパターニングされる。この実施形態の一つの実装において、第１のバックコネクタ１０５―１が複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の第１部分１００（１―４）と接触してパターニングされ、第2のバックコネクタ１０５―２は複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）の第2の部分１００（５―８）と接触してパターニングされ、第１のエミッタ抵抗１０６―１は第１のバックコネクタ１０５―１と接触してパターニングされ、そして、第2のエミッタ抵抗１０６―２は、第2のバックコネクタ１０５―２と接触してパターニングされる。この実施形態の他の実装において、第１のコンタクト・パッド１０７―１は第１のエミッタ抵抗１０６―１と接触してパターニングされ、第2のコンタクト・パッド１０７―２は第2のエミッタ抵抗１０６―２と接触してパターニングされる。
【００３９】
[45]  ブロック６０８で、第2の絶縁層は、パターニングされた薄膜エッジ・フィールド・エミッタおよび露出した第１の絶縁層を通じて形成される。第2の絶縁層１８０―２は、絶縁材料を堆積させることに関し、様々な周知の技術の一つから形成されることがありえる。第１のバックコネクタ１０５―１、第2のバックコネクタ１０５―２、第１のエミッタ抵抗１０６―１および第2のエミッタ抵抗１０６―２がブロック６０６で第１の絶縁層１８０―１にパターニングされる場合、第2の絶縁層１８０―２は第１のバックコネクタ１０５―１、第2のバックコネクタ１０５―２、第１のエミッタ抵抗１０６―１、第2のエミッタ抵抗１０６―２、いかなる露出した第１の絶縁層１８０―１もおよび薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）を通じても形成される。
【００４０】
[46]  この実施形態の一つの実装において、第１のコンタクト・パッド１０７―１および第2のコンタクト・パッド１０７―２がブロック６０６でそれぞれの第１のエミッタ抵抗１０６―２および第2のエミッタ抵抗１０６―２と接触してパターニングされる場合、第2の絶縁層１８０―２は第１のコンタクト・パッド１０７―１および第2のコンタクト・パッド１０７―２を通じて形成されない。この実施形態の他の実装において、第１のコンタクト・パッド１０７―１および第2のコンタクト・パッド１０７―２がブロック６０６でそれぞれの第１のエミッタ抵抗１０６―２および第2のエミッタ抵抗１０６―２と接触してパターニングされる場合、第2の絶縁層１８０―２は第１のコンタクト・パッド１０７―１および第2のコンタクト・パッド１０７―２を通じて形成される。この場合、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）に適切な電圧を適用することを必要とする回路に関し電気的接触を提供するために、開口部は、第2の絶縁層１８０―２によって、後で形成される。
【００４１】
[47]  ブロック６１０で、上部ゲート電極は、第2の絶縁層を通じて形成される。ブロック６０２に関して上記の通りに導電材料を堆積させることに関し、上部ゲート電極１１０（すなわち、陰極１１０）は、様々な周知の技術の一つであるから、金属から形成されることがありえる。
【００４２】
[48]  ブロック６１２で、開口部は、上部ゲート電極、第2の絶縁層、第１の絶縁層および下部のゲート電極によって、エッチングされている。キャビティは開口部１６０にエッチングすることによって、形をなし、第１の端面１０１（１―４）が第１部分１８０―１および絶縁層１８０の第2の部分１８０―２から伸び、ギャップ１６１（図１）はあり、第2の端面１０１（５―８）も第１部分１８０―１および絶縁層１８０の第2の部分１８０―２から伸びる。上部ゲート電極１１０の開口部１９０は、第１のＹ―Ｚ平面（Ｙ´１、Ｚ´１）と第2のＹ―Ｚ平面（Ｙ´２、Ｚ´２）（図３）の間に距離ＤＥＦ未満であるＸ方向の幅Ｗｏを有する。
【００４３】
[49]  ベースのマイクロ・イオンポンプが本願明細書において、記載した薄膜エッジ・フィールド・エミッタの薄いフィルム縁部フィールド・エミッタは従来の薄膜堆積により製造されることがありえ、フォトリソグラフィが処理技術をパターニングしてエッチングする。
【００４４】
[50]  ブロック６１４で、上部ゲート電極１１０が複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）と高電圧陽極１５０の間にあるように、高電圧陽極１５０は基板表面１２０との平面類似およびそれからのオフセットに置かれる。
【００４５】
[51]  ブロック６１６で、回路１７５は、高電圧陽極１５０、それ以下ゲート電極１１５、上部ゲート電極１１０および複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）に連結する。回路１７５は、高電圧陽極１５０と下部のゲート電極１１５間の電位差分、上部ゲート電極１１０および上記の通りの複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ１００（１―８）を使用可能な状態で適用するために可変である。
【００４６】
[52]  この実施形態の一つの実装において、冷却原子が時間ミニチュアおよびナビゲーション・リファレンスに、薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプは、組み込まれる。ベースのマイクロ・イオンポンプが本願明細書において、記載した薄膜エッジ・フィールド・エミッタの頑丈さのため、冷却原子が時間ミニチュアおよびナビゲーション・リファレンスは１０年以上作動すると思われる。本願明細書において、記載される薄膜エッジ・フィールド・エミッタ・ベースのマイクロ・イオンポンプの容積が１立方センチメートル未満であるので、連続的にポンプで水を揚げることに関し冷却原子内部で室にフィットすることが、それらは可能である。
【００４７】
[53]  例示の実施形態
[54]  例１は、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタであって、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面の高アスペクト比を有するそれぞれの複数の端面を有することを特徴とする、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタと、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面の第１のゲート電極と、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面に置かれる第2のゲート電極と、
第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面の高電圧陽極であって、第2のゲート電極が、高電圧陽極と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの間にあることを特徴とする高電圧陽極と、
を有することを特徴とするマイクロ・イオンポンプ。
【００４８】
[55]  例２は、絶縁層を更に有し、前記絶縁層が第１の部分および第2の部分を包含し、
第2のＸ―Ｚ平面の第1のゲート電極は、絶縁層の第１部分によって、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされ、
第３のＸ―Ｚ平面の第2のゲート電極は、絶縁層の第2の部分によって、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされ、
そこにおいて、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの複数の高アスペクト比端面が絶縁層の第2の部分および第１の部分から伸びると共に、第１のＸ―Ｚ平面のそれぞれの複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの複数の主本体部は絶縁層の第2の部分および第１の部分によって、入っている、
ことを特徴とする、例１のマイクロ・イオンポンプ。
【００４９】
[56]  例３は、例２のマイクロ・イオンポンプを包含し、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、第１のＹ―Ｚ平面の複数の第１の端面を有する複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１部分および第2のＹ―Ｚ平面の複数の第2の端面を有する複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分と、を有し、
第2のゲート電極の開口部は、第１のＹ―Ｚ平面と第2のＹ―Ｚ平面との間の差分より少ないＸ方向の幅を有し、
複数の高アスペクト比の第1の端表面および複数の高アスペクト比の第2の端面が、第2のゲート電極によって、高エネルギー・イオンから保護される、ことを特徴とする。
【００５０】
[57]  例４は、例１―３のいずれかのマイクロ・イオンポンプを包含し、第2のゲート電極は化学的活性化材料から形成される。
[58]  例５は、例１―４のいずれかのマイクロ・イオンポンプを、包含し、第2のゲート電極が、タンタルおよびチタンの少なくとも一つから形成されることを特徴とする。
【００５１】
[59]  例６は、例１―５のいずれかのマイクロ・イオンポンプを包含し、更に：複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの少なくとも２つと電気的接触しているバックコネクタと、バックコネクタと電気的接触しているエミッタ抵抗と
を有する。
【００５２】
[60]  例７は、例６のマイクロ・イオンポンプを包含し、エミッタ抵抗と電気的接触するコンタクト・パッドを更に有することを特徴とする。
[61]  例８は、例１―７のいずれかのマイクロ・イオンポンプを包含し、更に、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１部分と電気的接触している第１のバックコネクタと、第１のバックコネクタと電気的接触している第１のエミッタ抵抗と、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分と電気的接触している第2のバックコネクタと、第2のバックコネクタと電気的接触している第2のエミッタ抵抗と
を有する。
【００５３】
[62]  例９は、例８のマイクロ・イオンポンプを包含し、更に、第１のエミッタ抵抗と電気的接触している第１のコンタクト・パッドと、第2のエミッタ抵抗と電気的接触している第2のコンタクト・パッドと、を有する。
【００５４】
[63]  例１０は、例１―９のいずれかのマイクロ・イオンポンプを包含し、
複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、第１のＹ―Ｚ平面のＺ方向の範囲を備えた幅を有し、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは第１のＹ―Ｚ平面のＹ方向の範囲を備えた厚さを有し、
幅は、厚さの少なくとも１０倍である、ことを特徴とする。
【００５５】
[64]  例１１は、例１０のマイクロ・イオンポンプを包含し、幅ＷＥは２〜２０ミクロンのレンジであり、厚さは１０ナノメートル〜３０ナノメートルのレンジである。
[65]  例１２は、例１―１１のいずれかのマイクロ・イオンポンプを包含し、第2のゲート電極は真空ギャップによって、高電圧陽極からオフセットされる。
【００５６】
[66]  例１３はマイクロ・イオンポンプを形成することに関する方法を包含し、方法は、第１のゲート電極をＸ―Ｚ平面の基板表面の上に形成するステップと、第１の絶縁層を第１のゲート電極の上に形成するステップと、第１の絶縁層上の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタをパターニングするステップと、を有し、
複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１の部分の第１の端面が、第１のＹ―Ｚ平面にあり、
複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分の第2の端面が、第2のＹ―Ｚ平面にあり、パターニングされた薄膜エッジ・フィールド・エミッタおよび露出した絶縁層の上に第2の絶縁層を形成するステップと、第2の絶縁層の上に第2のゲート電極を形成するステップと、
第2のゲート電極、第2の絶縁層、第１の絶縁層および第１のゲート電極を通る開口部をエッチングするステップと、
を有し、
第１の端面は、絶縁層の第１の部分および第2の部分から伸び、
第2の端面は、絶縁層の第１の部分および第2の部分から伸びる。
【００５７】
[67]  例１４は、開口部をエッチングするステップが、第１のＹ―Ｚ平面と第2のＹ―Ｚ平面の間の距離より少ないＸ方向の幅を有する開口部をエッチングするステップからなることを特徴とする例１３の方法を包含する。
【００５８】
[68]  例１５は、更に、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１部分と接触する第１のバックコネクタをパターニングするステップと、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分と接触する第2のバックコネクタをパターニングするステップと、第１のバックコネクタと接触する第１のエミッタ抵抗をパターニングするステップと、第2のバックコネクタと接触する第2のエミッタ抵抗をパターニングするステップと、を有し、
パターニングされた薄膜エッジ・フィールド・エミッタの上の第2の絶縁層を形成するステップが、パターニングされた薄膜エッジ・フィールド・エミッタ、第１のバックコネクタ、第2のバックコネクタ、第１のエミッタ抵抗、第2のエミッタ抵抗および露出した絶縁層の上に第2の絶縁層を形成するステップからなることを特徴とする例１３―１４のいずれかの方法。
【００５９】
[69]  例１６は、例１５の方法を包含し、更に、第１のエミッタ抵抗と接触する第１のコンタクト・パッドをパターニングするステップと、第2のエミッタ抵抗と接触する第2のコンタクト・パッドをパターニングするステップと、を有する。
【００６０】
[70]  例１７は、例１３―１６のいずれかの方法を包含し、更に、高電圧陽極を基板表面に対して平行にし、基板表面からオフセットされた平面に配置するステップであって、第2のゲート電極は、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタと高電圧陽極との間にあることを特徴とする、配置するステップと、
高電圧陽極、第１のゲート電極、第2のゲート電極および複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタ、高電圧陽極と第１のゲート電極間の電位差を使用可能な状態で印加するように設定可能な回路、第2のゲート電極、および、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタに回路を連結するステップと、
を有する。
【００６１】
[71]  例１８は、マイクロ・イオンポンプを囲むハウジングと、マイクロ・イオンポンプと、を有する高真空微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を包含し、
前記マイクロ・イオンポンプは、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタであって、
薄膜エッジ・フィールド・エミッタが、少なくとも一つのＹ―Ｚ平面のそれぞれの複数の高アスペクト比端面を有し、
複数の高アスペクト比端面が絶縁層から伸びると共に、第１のＸ―Ｚ平面のそれぞれの複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの複数の主本体部が絶縁層によって、入っている、ことを特徴とする、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタと、絶縁層の第１部分によって、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第2のＸ―Ｚ平面の第１のゲート電極と、絶縁層の第2の部分によって、第１のＸ―Ｚ平面からオフセットされる第３のＸ―Ｚ平面の第2のゲート電極と、第１のＸ―Ｚ平面の複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタからオフセットされる第４のＸ―Ｚ平面の高電圧陽極と、を有し、
第2のゲート電極は、高電圧陽極と複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタとの間にある。
【００６２】
[72]  例１９は、例１８の高真空微小電気機械システムを包含し、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタは、：第１のＹ―Ｚ平面の複数の第１の端面を有する複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第１部分、および、第2のＹ―Ｚ平面の複数の第2の端面を有する複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの第2の部分と、を有し、
第2のゲート電極の開口部は、第１のＹ―Ｚ平面と第2のＹ―Ｚ平面の間に差分より少ないＸ方向の幅を備え、
複数の高アスペクト比の第１の端面および複数の高高アスペクト比の第２の端面は、第2のゲート電極によって、高エネルギー・イオンから保護されている。
【００６３】
[73]  例２０は、例１９の高真空微小電気機械システムを包含し、更に、複数の薄膜エッジ・フィールド・エミッタの少なくとも２つと電気的接触しているバックコネクタと、バックコネクタと電気的接触しているエミッタ抵抗と
を有する。
【００６４】
[74]  特定実施形態が例示されて、本願明細書において、記載されたにもかかわらず、当業者によって、いかなる配置（同じ目的を達成するために算出される）も特定の図示した実施形態に関し置換されることができると認められる。従って、本発明が請求項およびその均等の範囲だけにより制限されることが明白に意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2015165497000001.pdf