(57)【要約】【課題】　本発明の目的は、注入された導電性中央領域を有し、量子トンネル現象によって電子が通過することを容易にする電子放出器を提供することである。【解決手段】放出器(10)は、導電体(14)上に形成された誘電体層(12)を有し、前記誘電体層(12)上に薄い金属層(16)を有する。複数の導電性中央領域(28)は、誘電体層(12)内にあり、電子が量子トンネル現象によって、導電体(14)から薄い金属層(16)へ誘電体層(12)を通過することを可能にする。【選択図】図１
2004055556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　電子を放出するための放出器であって、その放出器が、
　電子供給源層（14）と、
　前記電子供給源層（14）上に形成された誘電体層（12）と、
　前記誘電体層（12）上に形成された薄い金属層（16）と、および
　前記誘電体層（12）内に離隔して配置される複数の導電性中央領域（28）とを備える、電子を放出するための放出器。
【請求項２】
　前記導電性中央領域（28）が、実質的に結晶化した金属イオンを含む、請求項１に記載の電子を放出するための放出器。
【請求項３】
　前記薄い金属層（16）上に堆積された複数の薄膜層（22）と、
　前記薄い金属層（16）の放出エリア（26）を露出するために前記複数の薄膜層（22）内に画定された井戸領域（24）であって、前記複数の導電性中央領域（28）が前記放出エリア（26）に近接する、井戸領域とをさらに含む、請求項１に記載の電子を放出するための放出器。
【請求項４】
　前記誘電体層（12）が、約０．０１μｍないし約１μｍの厚みを有し、前記導電性中央領域（28）が約０．５ｎｍないし約１０ｎｍ（５ないし１００オングストローム）の直径を有し、前記導電性中央領域（28）が約１ｎｍないし約１０ｎｍ（１０ないし１００オングストローム）の距離だけ互いから分離される、請求項１に記載の電子を放出するための放出器。
【請求項５】
　前記誘電体層（12）が、ＳｉまたはＴｉの窒化物あるいは酸化物からなり、約０．０１μｍないし約０．１μｍの厚みを有し、前記導電性中央領域（28）が約０．５ｎｍないし約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）の直径を有する実質的に結晶化した遷移Ｓｉイオンまたは遷移Ｔｉイオンを含み、前記導電性中央領域（28）が約０．５ｎｍないし約２．５ｎｍ（５ないし２５オングストローム）の距離だけ互いから分離される、請求項１に記載の電子を放出するための放出器。
【請求項６】
　複数の集積された放出器を含む集積回路であって、前記放出器のそれぞれが電子を放出するためのものであり、前記放出器のそれぞれが、
　導電性金属または金属化合物から構成される電子供給源層（14）と、
　前記電子供給源層（14）上にある誘電体層（12）であって、その誘電体層（12）が約０．０１μｍないし約１μｍの厚みを有し、ＴｉまたはＳｉの酸化物あるいは窒化物を含む、誘電体層と、
　前記誘電体層（12）上にある薄い金属層（16）であって、その薄い金属層（16）がＰｔ、Ａｕ、またはＴａのうちの１つあるいは複数から構成され、約２ｎｍないし約１０ｎｍ（２０ないし１００オングストローム）の厚みを有する、薄い金属層と、
　前記薄い金属層上にある複数の薄膜層（22）と、
　前記薄い金属層（16）の少なくとも一部（26）を露出するために前記複数の層（22）内に画定された放出器の井戸領域（24）と、
　前記誘電体層（12）内にある複数の電気的に分離された金属性結晶（28）であって、その金属性結晶（28）が約０．５ｎｍないし約１０ｎｍ（５ないし１００オングストローム）の直径を有し、約０．５ｎｍないし約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）の距離だけ互いから分離される、金属性結晶と、
　前記各放出器から放出される電子を集束するための複数の集束手段（220）であって、その集束手段（220）がそれぞれ前記放出器の井戸領域（24）のうちの１つに近接する、集束手段と、
　前記放出された電子を受け取るための受取り媒体（202）と、および
　前記放出器を制御するために前記複数の放出器に接続された制御回路とを備える、集積回路。
【請求項７】
　放出器を形成するための方法であって、
　電子供給源層（14）上に誘電体層（12）を形成するステップと、
　前記誘電体層（12）上に金属層（16）を形成するステップと、
　前記誘電体層（12）内に複数の導電性中央領域（28）を注入するステップとを含む、放出器を形成するための方法。
【請求項８】
　前記導電性中央領域（28）が金属イオンを含んでおり、
　前記注入された導電性中央領域（28）の導電率を改善するために前記誘電体層（12）をアニールするステップをさらに含む、請求項７に記載の放出器を形成するための方法。
【請求項９】
　前記誘電体層（12）が約０．０１μｍないし約１μｍの厚みを有し、前記導電性中央領域（28）が約０．５ｎｍないし約１０ｎｍ（５ないし１００オングストローム）の直径を有し、前記誘電体層（12）内に前記導電性中央領域（28）を注入するステップが、約０．５ｎｍないし約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）の距離だけ互いから分離されるように前記導電性中央領域（28）を空間的に配置するステップをさらに含む、請求項７に記載の放出器を形成するための方法。
【請求項１０】
　放出器を形成するための方法であって、
　電子供給源層（14）上に誘電体層（12）を堆積するステップであって、前記誘電体層（12）が約０．０１μｍないし約１μｍの厚みを有し、ＴｉまたはＳｉの酸化物あるいは窒化物を含む、誘電体層を堆積するステップと、
　前記誘電体層（12）上に薄い金属層（16）を堆積するステップであって、前記薄い金属層（16）がＰｔ、Ａｕ、またはＴａのうちの１つあるいは複数から構成され、約２ｎｍないし約１０ｎｍ（２０ないし１００オングストローム）の厚みを有する、薄い金属層を堆積するステップと、
　前記薄い金属層（16）上に複数の薄膜層（22）を堆積するステップと、
　前記薄い金属層（16）の少なくとも一部（26）を露出するために前記複数の薄膜層内に井戸領域（24）を画定するステップと、
　前記薄い金属層（16）の前記露出された部分（26）において前記誘電体層（12）内にイオン（28）を注入するステップであって、前記イオン（28）がＳｉまたはＴｉのうちの１つを含む、イオンを注入するステップと、
　前記誘電体層（12）の少なくとも一部にエネルギーを加えて前記注入されたイオン（26）を実質的に結晶化するステップであって、前記結晶化されたイオン（26）が約０．５ｎｍないし約１０ｎｍ（５ないし１００オングストローム）の直径を有し、約０．５ｎｍないし約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）の距離だけ互いから分離され、それにより量子トンネル現象によって電子が前記誘電体層（12）を通過することができる、結晶化するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明はマイクロエレクトロニクス分野に関する。特に、本発明は放出器および放出器を組み込む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　放出器は、マイクロエレクトロニクス分野において幅広い範囲の潜在的な適用可能性を有する。放出器は電気信号に応答して電子を放出する。電子放出を制御することにより、ある範囲の有用な電気的な効果および光学的な効果を生み出すことができる。従来の放出器には、スピント型先端構造体冷陰極素子が含まれる。
【０００３】
　スピント型先端構造体放出器が抱える課題には、製造しやすさ、およびその耐用年数にわたる安定性が含まれる。スピント型先端構造体放出器の製造には、多数の比較的難しい堆積ステップが必要とされ、結果として、一般的にコストと時間がかかるようになる。一旦形成されたなら、先端構造体は不安定で、動作するうちに変化するようになる場合があり、その動作が高真空において行われない場合には損傷しやすくなる。
【０００４】
　従来からのフラット放出器は、より大きな放出表面を提供し、あまり厳重でない真空環境でも動作させることができるので、比較的有利である。フラット放出器は、誘電体層のいずれかの側にある電子供給源と薄い金属層との間に印加される電位によって生成される電界に応答する誘電体放出層を含む。電子は、電子供給源および誘電体の接合部から、誘電体層内のいずれかにある誘電体の伝導帯まで移動する。一旦伝導帯内に入ったなら、電子は薄い金属層に向けて弾道的に加速される。その後、電子は薄い金属層を通過して、放出器から放出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　本発明の目的は、注入された導電性中央領域を有し、量子トンネル現象によって電子が通過することを容易にする電子放出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明によれば、放出器は、電子供給源層と、電子供給源層上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成された薄い金属層とを備える。誘電体層はその中に複数の導電性中央領域を有する。
【発明の効果】
【０００７】
　本発明によれば、注入された導電性中央領域を有し、量子トンネル現象によって電子が通過することを容易にする誘電体層を備える電子放出器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
　本発明は、電子供給源層上に誘電体層が堆積され、薄い金属層が誘電体層上に堆積された放出器に関する。誘電体層はその中に複数の導電性中央領域を有し、導電性中央領域は注入された金属イオンを含むことが好ましい。導電性中央領域は、量子トンネル現象によって電子が誘電体を通過することを容易にする。本発明の他の実施形態は、放出器を組み込む装置に向けられることができ、それらの例には集積回路、表示装置、およびメモリデバイスが含まれる。
【０００９】
　ここで図面を参照すると、図１の断面図には、本発明の好ましい実施形態の放出器１０が示されている。電子供給源層１４上に誘電体層１２が形成される。誘電体層１２は遷移金属の窒化物または酸化物を含むことが好ましい。好ましい材料は、ＳｉまたはＴｉの窒化物および酸化物を含む。たとえば、誘電体層１２は化学式ＡＯｘの材料を含むことができる。ここで、ＡはＳｉまたはＴｉのどちらか一方であり、ｘは１〜３の任意の整数である。電子供給源層１４は複数の適切な材料のうちの任意の材料を含むことができ、半導体、ならびに金属および金属化合物のような導体がその例である。特定の例として、電子供給源層１４は、Ｎ＋＋ドープドシリコンウェーハ等のようなシリコンまたはポリシリコンを含むことができる。電子供給源層１４および誘電体層１２の厚みは、放出器１０に対する最終的な用途になる応用形態、層１２、１４を構成するために用いられる材料等のような要因に基づいて選択される。
【００１０】
　本発明を適用する設計者は、誘電体層１２の厚みを最適化することにより最大の放出効率が生み出されることは理解されよう。層を薄くすると、層のトンネル抵抗が小さくなり、より低電圧で電子放出を生成する一方で、層１２の厚みを増すと、そのトンネル抵抗が増加する。誘電体層１２が薄すぎると、漏れ電流が大きく、短絡が生じる可能性があり、厚すぎると、放出電流が大きく減少するであろう。電圧を高くしても構わなければ厚い層を用いることが可能であるが、電圧を制限する必要がある場合は、より薄い層が要求されるであろう。要するに、電圧をより低くすることが重要であるときには、放出表面の仕事関数によって表される絶対最小値で、より薄い層を用いてより低電圧で電子放出がもたらされる。電圧をより高くすることが可能であるときには、厚い層によって、より大きな電子放出がもたらされる。参考として、多くの応用形態に対して誘電体層１２のために有用な厚みの範囲は約０．０１μｍ〜約１μｍであり、約０．０１μｍ〜０．１μｍであることがより好ましいと考えられる。層の厚みに注目してみると、図面が一定の縮尺で描かれていないことは理解されよう。
【００１１】
　誘電体層１２上に薄い金属層１６が形成される。薄い金属層１６は金属または合金から形成され、Ｐｔ層を含むことが好ましい。別の好ましい材料はＡｌ、Ａｕ、Ｔａ、ＴｉＮ、およびＰｔ、ＡｕまたはＴａの組み合わせである。他の有用な金属にはＭｏ、Ｉｒ、ＲｕおよびＣｒが含まれる。また、他の屈折性の金属および合金が用いられる場合もある。薄い金属層１６は、十分な電界を与えるほど十分に厚く、かつ電子および光子放出が層１６を通過して放出されるほど十分に薄くなければならない。当業者であれば、層１６の厚みが、印加されるバイアス電圧、層１２の厚み、構成するための材料、放出器の最終用途等のような種々の設計要因にしたがって選択することができることが理解されよう。一例として、薄い金属層１６の実用的な厚みの範囲は、約５ｎｍ〜約１０ｎｍ（５０〜１００オングストローム）とすることができる。
【００１２】
　薄い金属層１６上に複数の薄膜層２２が堆積される。個々の層１８、１９、および２０は、導電層、誘電体、半導体等を含むことができる。それらの層は、コンタクト構造等を形成することができる。たとえば、層１８、１９、および２０のうちの１つまたは複数の層は、薄い金属層１６に電圧を伝えるための電気コンタクトとして機能することができる。複数の層２２は、単に例示することを目的として３つの層を有するものとして示されているが、特定の応用形態の場合の望ましい数に応じて、それより少ない層または多くの層が存在できることは理解されよう。実際には、本発明のいくつかの放出器は、薄い金属層上に１つのみの薄膜層が配置される場合がある。複数の層２２内に井戸領域２４が画定され、その井戸領域２４の底部において、薄い金属層１６の少なくとも一部が放出エリア２６を画定する。
【００１３】
　複数の電気的に分離された導電性中央領域２８は、放出エリア２６に隣接する誘電体層１２内に存在する。導電性中央領域２８は、一群の注入された金属イオンを含むことが好ましい。注入された金属イオンは少なくとも部分的に拡散され、その導電性が改善されるようにすることがさらに好ましい。金属イオンは概ね一群の結晶またはナノ結晶の形をとることが最も好ましい。誘電体層１２がＳｉ含有材料を含む場合には、導電性中央領域２８はＳｉイオンを含むことが好ましい。同様に、誘電体層１２がＴｉを含む化合物である場合には、導電性中央領域はＴｉイオンを含むことが好ましい。
【００１４】
　放出器１０の動作時に、薄い金属層１６と供給源層１４との間にバイアスがかけられるとき、導電性中央領域２８は、供給源層１４から誘電体層１２を通って薄い金属層１６に入る電子の量子トンネル現象を容易にする。その後、電子は薄い金属層１６を通り抜け、井戸領域２４の外側に放出され得る。したがって、導電性中央領域２８は、量子トンネル現象を容易にするように空間的に配置されることが好ましい。
【００１５】
　当技術分野に精通する人であれば、そのような空間的な配置が、導電性中央領域２８の大きさ、誘電体層１２の厚み、誘電体層１２にかけられるバイアス、誘電体層１２および導電性中央領域２８の材料の組成等のような要因に依存することは理解されよう。導電性中央領域２８の空間的な配置は、それらの注入を制御することにより、たとえば、イオン注入ガンを制御することにより、ある程度制御することができる。イオン注入ガンでイオンを注入するために用いられるエネルギーを変化させることにより、注入されるイオンが浸透する層１２内の深さ（すなわち、Ｚ軸の位置）を変更ことができる。また、注入器の照準を定めることも、注入されるイオンの長さおよび幅の配置（たとえば、Ｘ−Ｙ軸の位置）を制御するために有効に用いることができる。
【００１６】
　導電性中央領域の空間的配置の詳細な例として、約０．５ｎｍ〜約１０ｎｍ（５ないし１００オングストローム）の直径を有する導電性中央領域が約０．０１〜約１μｍの厚みを有する誘電体層において有用であり、その場合は導電性中央領域間の互いからの分離距離は約０．５ｎｍ〜約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）であると考えられる。中央領域は約０．５ｎｍ〜約５ｎｍ（５ないし５０オングストローム）の直径を有し、約０．５ｎｍ〜約２．５ｎｍ（５ないし２５オングストローム）だけ互いから離隔されることがさらに好ましい。導電性中央領域２８は球形でない場合があるが、便宜上、それらの領域は概ね球形に近いものであってよいことは理解されたい。したがって、本明細書において導電性中央領域２８に適用されるような「直径」という用語は、単に球に近いことを想定した場合の用語のつもりであり、導電性中央領域２８が円形、球形、さらには任意の特定の形状に限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１７】
　電子放出に汎用性があるため、図１の放出器１０のような本発明の放出器には電気、電気化学および電気光学上の効果に対する基礎としての幅広い潜在的な用途がある。さらに、本発明の放出器は、集積回路製造技術に容易に組み込まれる。ここで、例示として放出器のいくつかの特定の好ましい応用形態を説明する。
【００１８】
　図２は、好ましい応用形態の放出器２００の例示的な概略図であり、ターゲット陽極媒体２０２が、集束された電子放出２０４を受け取る。この応用形態では、本発明の放出器２００からの電子放出２０６は、静電集束装置またはレンズ２０８によって集束される。放出器２００は一般に、電子供給源層２１０と、その中に複数の導電性中央領域２１４を注入された誘電体層２１２と、薄い金属層２１６と、１つまたは複数の個別の層を含むことができる金属コンタクト構造２１８とを含む。金属コンタクト構造２１８と電子供給源層２１０との間に電圧Ｖｅを印加することにより、層２１０と薄い金属層２１６との間に電界が生じる。この電界によって、電子は、量子トンネル機構により誘電体層２１２を通過して薄い金属層２１６に入り、そこから放出されて、レンズ２０８によって集束される。
【００１９】
　レンズ２０８内では、導体内のアパーチャ２２０を所定の電圧で設定することができ、アパーチャ２２０を調整することにより、レンズ２０８の集束効果を変更することができる。当業者であれば、所望の集束効果を生成するために、レンズ２０８が２つ以上の導体層から形成されることができることは理解されよう。レンズ２０８によって電子放出２０６が集束され、その集束されたビーム２０４がターゲット陽極媒体２０２に向けられる。ターゲット陽極媒体２０２は陽極電圧Ｖａに設定される。Ｖａの大きさは、意図される放出器の用途、陽極媒体２０２と放出器２００との間の距離、および他の要因に依存する。
【００２０】
　たとえば、陽極媒体が記憶装置のための記録可能なメモリ媒体である場合、Ｖａは５００Ｖ〜２０００Ｖになるように選択することができる。レンズ２０８は、そのアパーチャ２２０内の電圧Ｖｌに応答してアパーチャ２２０内に電界を形成することにより、電子放出２０６を集束する。Ｖｅに対して適切な電圧差を設定ことにより、放出器２００から放出される電子２０６は、アパーチャの中心に向けられ、その後さらに陽極媒体２０２に引き寄せられて、集束されたビーム２０４が形成される。
【００２１】
　陽極媒体２０２は、放出器のいくつかの応用形態のうちの任意の応用形態に適するように構成され得る。２つの好ましい応用形態として、視覚表示装置およびメモリがある。これら２つの応用形態の場合、媒体２０２はそれぞれ視覚表示媒体およびメモリ媒体になる。陽極媒体２０２が表示装置を含む場合には、陽極媒体２０２上にビームを集束することにより、視覚表示を刺激するための効果を生成することができる。同様に、陽極媒体２０２がメモリ媒体を含む場合には、集束されたビーム２０４によって、媒体の電気化学的特性が変更され得る。たとえば、陽極媒体２０２の部分を空間的に編成し、その後、放出された電子２０４を用いて陽極媒体２０２の部分のいくつかを選択的に変更することにより、これらの変化を二値または他の形式で「符号化」して、検索可能な情報として格納することができる。視覚表示媒体およびメモリ媒体は、アレイに配列された複数の放出器２００を用いることができ、放出器２００および陽極媒体２０２のうちの一方をもう一方に対して動かすために、モータによって駆動されるマイクロポジショナのようなムーバが使用され得る。また、放出器２００および／または他の構成要素を制御するために、制御回路が使用され得る。
【００２２】
　たとえば、図３は、少なくとも１つの集積された放出器３０２、好ましくはアレイに配列された複数の集積された放出器３０２を含む、本発明の例示的な集積回路実施形態３００の概略図である。放出器制御回路３０４が集積回路３００上に集積され、少なくとも１つの集積された放出器３０２を動作させるために使用される。こうして、本発明の放出器３０２は、本発明の放出層の特徴によって、集積回路３０２に組み込まれることが可能である。
【００２３】
　図４は、本発明の集積された放出器４００を用いた表示装置応用形態の概略的な実施形態である。特に、この実施形態は、集積回路４０２内に形成された複数の放出器４００を含む。放出器４００はそれぞれ、通常、図４の上向きの矢印によって示されるような電子を放出する。表示装置４０８を形成する複数の個別の画素４０６を有する陽極構造４０４は、放出された電子を受け取る。画素４０６は、放出器４００からの放出電子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。
【００２４】
　ある特定の好ましいメモリ素子が、図５に概略的に示される。そのメモリ素子は集積された放出器５００を含む。この例示的な実施形態では、複数の集積された放出器５００を含む集積回路（ＩＣ）５０２は、集積された放出器５００と位置合わせされる集束機構のレンズアレイ５０４を備える。レンズ５０４は、媒体５０８から形成される記録表面に影響を及ぼす集束されたビーム５０６を生成するために用いられる。媒体５０８は、ＩＣ５０２上の集積された放出器５００に対して媒体５０８を位置決めするムーバ５１０に連結される。ムーバ５１０は読出し回路５１２を内蔵していることが好ましい。読出し回路５１２は、媒体５０８に対して第１のオーミックコンタクト５１５を形成し、ムーバ５１０、好ましくは半導体または導体基板に対して第２のオーミックコンタクト５１６を形成する増幅器５１４として示される。
【００２５】
　集束されたビーム５０６が媒体５０８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、媒体は相変化を起こし、影響を受けた媒体エリア５１８が生成される。媒体５０８の表面に対して低い電流密度の集束されたビーム５０６が加えられるとき、増幅器５１４によって種々の度合いの電流の流れが検出され、読出し回路出力が生成される。このように、放出器５００からのエネルギーで媒体５０８に影響を与えることにより、媒体の相変化を起こした構造的特性を用いて、媒体に情報が格納される。例示的な相変化材料はＩｎＳｅである。他の相変化材料も当業者には知られている。
【００２６】
　図６は、本発明の放出器を形成する好ましい実施形態による方法６００のステップを示す流れ図である。層の組成材料、層の厚さ、導電性中央領域の直径、および導電性中央領域の間隔のような、図１の好ましい実施形態による放出器１０の好ましい態様が、本発明の好ましい方法の実施形態にも同様に当てはまる。この点に留意すると、本発明の好ましい方法の実施形態は、その方法の実施形態を最も良く説明するために、好ましい実施形態の放出器１０を参照しながら説明される。
【００２７】
　ここで図６の流れ図と図１の放出器１０とを参照すると、好ましい実施形態による方法６００は、電子供給源層１４上に誘電体層１２を形成するステップで開始される（ブロック６０２）。その後、誘電体層１２上に薄い金属層１６が堆積される（ブロック６０４）。誘電体層１２および薄い金属層１６は、本発明を回路および集積回路素子の応用形態に組み込むように修正可能な金属有機化合物化学気相成長またはスパッタ堆積工程を用いて形成されることが好ましい。当業者であれば、ウエット化学堆積のような他の適当な堆積工程を理解されよう。その後、薄い金属層上に複数の層２２が堆積され、コンタクトまたはバイア構造が形成される（ブロック６０６）。本発明の実施において、個々の層１８、１９、および２０は導体、誘電体、または半導体を含むことができ、集積回路内の別個の金属配線パターンの一部を形成することができる。層１８、１９、および２０は、誘電体および薄い金属層にとって適した方法と同じ方法を用いて堆積されることが好ましい。
【００２８】
　複数の層２２内に薄い金属層１６まで下方に井戸領域２４が形成され、井戸領域の底部が薄い金属層１６の一部によって画定され（ブロック６０８）、放出エリア２６が形成される。井戸領域２４を形成するための方法は、限定はしないが、マスクを利用することができるフォト／エッチング工程を含む、集積回路製造分野において用いられる方法を含む。当業者であれば、井戸領域２４が画定される際のエッチング中に金属層１６が損傷を受けるのを防ぐために、複数の薄膜層を堆積する前に、薄い金属層１６上に薄い保護層を設けるステップをさらに実行することが望ましいことが理解されよう。保護層を設けることが望ましいか否かは、薄い金属層１６のために用いられる材料のタイプ、井戸領域２４を画定するために用いられる詳細な方法、層１６の厚み等のような要因によって決まる可能性がある。
【００２９】
　その後、複数の導電性中央領域２８が、薄い金属層１６を通して誘電体層１２内に注入される（ブロック６１０）。導電性中央領域２８は金属イオンを含むことが好ましい。イオンの注入は、たとえば、イオン注入ガンを用いることにより達成され得る。その方法はさらに、注入されたイオンを処理して、それらのイオンを少なくとも部分的に拡散させ、その導電率を高めるステップ（ブロック６１２）を含むことが好ましい。イオンにエネルギーを加えることにより、それらのイオンが少なくとも部分的に拡散できる。好ましい処理は、注入されたイオンをアニールすることを含む。たとえば、放出器を加熱し、ある量のイオンが拡散できるだけの十分な時間だけ高温に保持し、その導電率を高めるようにすることができる。熱によってマトリクスに供給されるエネルギーとともに、イオン注入中にマトリクス内に引き起こされる欠陥に起因して、アニーリング中に注入されたイオンの拡散が生じる。マトリクス内に引き起こされる欠陥によっては、拡散はより低温で生じることができる。当業者であれば、放出器を構成する大きさおよび材料、注入される導電性中央領域のタイプ等のような要因に基づいて、温度および保持時間を決定することができることは理解されよう。
【００３０】
　アニーリングは、イオンが長距離にわたって拡散し、その集団の導電性が低下するようになるまで実施されるべきではない。注入されたイオンが実質的に結晶状態に移行できるようになる程度まで、放出器をアニールすることが好ましい。放出器全体がアニールされることが望ましくないか、または実施不可能である場合には、局部的にアニールするステップが実行されてもよい。一例として、ポイントレーザアニーリング法が用いられる場合があり、その場合には、レーザエネルギーが放出器のある特定の領域（たとえば、井戸領域）に向けられ、その部分のみがアニールされる。
【００３１】
　アニーリングの他のステップも実施することができる。詳細には、アニーリングのみを用いて実現可能である温度および／または時間よりも、低いアニーリング温度および／または短い時間で十分にイオンを拡散できるようにするために、アニーリングと組み合わせてバイアスを用いることが有利な場合がある。詳細には、誘電体マトリクスにおいてイオンを拡散するための活性化エネルギーを低減するために、薄い金属層にバイアスをかけることにより、いわゆる電子風現象を利用することが有利な場合がある。印加されるバイアスの量は、使用されるアニーリング温度および時間、誘電体層の厚み等のような要因に応じて異なる。
【００３２】
　本発明の方法の利点は、導電性中央領域が注入される際に概ね自己整合され、正確に集中させる必要がないことである。すなわち、ある量のイオンがそのターゲットから「外れ」、井戸領域に隣接する放出器に衝突する場合でも、そのように逸れて注入されたイオンは電気的に問題にはならない。金属配線、放出器リング、フォトレジスト、および厚い誘電体のような、薄い金属層上にある複数の層内に存在することが多い金属機構は、注入マスクとしての役割を果たす。さらに、薄い金属層上の複数の層のうちの１つまたは複数の層内に注入され得るイオンは、電子供給源層から距離が離れすぎているので、量子トンネル現象を生じる導電性中央領域として機能できない。
【００３３】
　好ましい方法６００を参照して説明されたステップに対して、他の方法の実施形態において実施することができる数多くの追加的なステップまたは代替のステップが存在することは理解されよう。一例として、導電性中央領域は、所望により、製造工程のさらに早い段階で誘電体層内に堆積することができる。注入は、たとえば、薄い金属層が誘電体層上に堆積される前に、または薄い金属層を堆積した後であるが任意の後続の薄膜層が堆積される前に行うことができる。これはたとえば、製造工程の遅い段階で適用可能な温度よりも高いアニーリング温度を用いるために望ましいかもしれない。追加的な例として、製造工程の初期段階で誘電体エリア全体に注入を行い、その後、その層のうちの、放出エリアを形成したい選択された部分のみをアニールすることが望ましい場合もある。
【００３４】
　追加的な例として、所望により、薄い金属層は製造工程のさらに後の段階で堆積され得る。薄い金属層は、たとえば井戸領域がエッチングされた後に堆積され得る。そのような順序は、井戸領域のエッチング中に薄い金属層が損傷を受けるのを避けるために望ましい。この場合には、誘電体層上に複数の薄膜層が堆積される。実際に、本発明の方法の利点は、薄い金属層が製造工程の早い段階または遅い段階のいずれでも堆積できるだけの自由度を提供することである。こうして、たとえば、その寿命中のある時点で放出器のための設計パラメータが変更され、製造工程の遅い段階で薄い金属層を堆積することが突然有利になる場合には、本発明の方法によって、そのような順序の変更が比較的容易に達成することが可能になる。
【００３５】
　また、本発明の方法に関して、本発明のステップは、本明細書に記載された例示的な方法の実施形態に関連して説明された順序に限定されないことは理解されたい。さらに、その方法のステップは単一の素子に関して説明されるが、その方法のステップは、１つの素子を製造するために、または多数の素子を同時に製造するために実施することができる。当業者であれば、図６のステップが、好ましい工程の重要なステップを示しており、実際には図６に示されるステップとともに補助的な工程が実施される場合があることも理解されたい。
【００３６】
　本発明の特定の実施形態が図示および説明されてきたが、他の修正形態、置換形態、および代替形態が当業者には明らかであることは理解されたい。そのような修正形態、置換形態、および代替形態は、本発明の思想および範囲から逸脱することなく実施することができ、特許請求の範囲から判断されるべきである。たとえば、本発明の放出器を用いて、メモリおよび視覚表示装置に加えて数多くの応用形態を実施することができることは理解されよう。
【００３７】
　本発明の種々の特徴は特許請求の範囲に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好ましい実施形態の放出器の断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態の放出器素子の概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態の集積化された放出器回路の概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態の放出器表示装置の概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態の放出器メモリ素子の概略図である。
【図６】本発明の放出器を形成する好ましい実施形態の方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３９】
12　誘電体層
14　電子供給源層
16　薄い金属層
22　複数の薄膜層
24　井戸領域
26　放出エリア
28　導電性中央領域
202　陽極媒体
220　アパーチャ
【図１】
2004055556.tif 000003
【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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