三电极电路元件制造技术

在说明性的实施例中，三电极电路元件包括绝缘材料、在该绝缘材料中的腔体、在腔体中间隔开足够小的距离以在合适的操作电压被施加到第一和第二电极时致使电子发射的第一和第二电极、以及接近第一和第二电极之一的栅电极。施加到栅电极的电压可以控制在第一电极与第二电极之间的电流。该电路元件可以在平面结构中被实现，在其中电极被形成在大致相同的平面中；或者其可以是多层设备，在其中一些或所有的电极均是导体材料的独立层。用于形成电路元件的方法也被公开。还公开了用来提供标准电路功能的三电极电路元件的说明性应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本文涉及电子场发射(亦称为场电子发射或场发射)，其有关于电子在电场中从导体或半导体的表面的发射。至少自从19世纪后期，该现象已经为人所知并且被理解为通过势垒的电子的量子隧穿的结果。在一些情景下要避免电子场发射。然而，在诸如电子显微镜和视觉显示应用之类的其他领域中其被广泛采用。本申请涉及利用电子场发射的电路元件以及用于制作及使用这样的电子元件的方法。
技术实现思路
在说明性的实施例中，三电极电路元件包括绝缘材料、在该绝缘材料中的腔体、在腔体中间隔开足够小的距离以在合适的操作电压被施加到第一和第二电极时致使电子发射的第一和第二电极、以及接近第一和第二电极之一但与其绝缘的栅电极。被施加到栅电极的电压可以控制在第一与第二电极之间的电流，由此使能各种电路功能。该电路元件可以在平面结构中被实现，在其中电极被形成在大致相同的平面中；或者其可以是多层设备，在其中一些或所有的电极均是导体材料的独立层。用于形成电路元件的方法也被公开。三电极电路元件具有许多优点。其具有简单的构造并且制作相对容易。其具有优秀的操作特性，包括低功率需要、对温度和操作环境的低灵敏度、对单粒子翻转(SEU)的免疫力、以及非常高的开关速度。有利地，三电极电路元件可以在本作为常规集成电路的背端结构中被实施。集成电路的背端结构是在制作晶体管的半导体衬底的顶部上交替的金属层和电介质层中形成的互连接线。见Weste等人的“CMOSVLSIDesignACircuitsandSystemsPerspective”(2011年，Addison-Wesley，第四版)的第三章；J.D.Plummer等人的SiliconVLSITechnologyFundamentals,PracticeandModeling(2000年，PrenticeHall)的第11章。由于三电极电路元件可以在背端结构中被实施而同时提供与晶体管相似的功能，它们可以被用来显著地增大集成电路的总体功能而不需要对集成电路在电路板上占据的空间的量的任何增大。附图说明在参照以下具体实施方式后，本专利技术的这些以及其他目的和优点将对本领域技术人员变得明显，在附图中：图1A和图1B是本专利技术的第一和第二说明性实施例的示意图；图2A和图2B是本专利技术的第三和第四说明性实施例的顶视图；图3A、3B和3C是本专利技术的第五、第六和第七说明性实施例的侧视图；图4是用于制出与图2A的电路元件相似的电路元件的说明性过程的流程图；图5A-5J描绘了在其根据图4的过程的制作的某阶段处的电路元件的截面；图6是用于制出与图3A的电路元件相似的电路元件的说明性过程的流程图。图7A-7D描绘了在其根据图6的过程的制作的某阶段处的电路元件的截面和顶视图；图8是用于制出与图3B的电路元件相似的电路元件的说明性过程的流程图。图9A-9E描绘了在其根据图8的过程的制作的某阶段处的电路元件的截面；图10是用于制出与图11A的电路元件相似的电路元件的说明性过程的流程图。图11A-11G描绘了在其根据图10的过程的制作的某阶段处的电路元件的截面和顶视图；图12是使用本专利技术的说明性电路元件的逆变器电路的说明性实施例的原理图；图13A和图13B是使用本专利技术的说明性电路元件的NAND电路和AND电路的说明性实施例的原理图；图14A和图14B是使用本专利技术的说明性电路元件的NOR电路和OR电路的说明性实施例的原理图；图15是使用本专利技术的说明性电路元件的SRAM电路的说明性实施例的原理图；图16A-16H是描绘了用于制出诸如图2A的电路元件之类的多个电路元件的说明性过程的流程图和侧视图；图17是用于制出与图3C的电路元件相似的电路元件的说明性过程的流程图；以及图18A-18D描绘了在其根据图17的过程的制作的某阶段处的电路元件的截面。具体实施方式图1A和图1B是本专利技术的第一和第二说明性实施例100、100'的示意图。在图1A中，实施例100包括绝缘材料110、在该绝缘材料中的腔体120、在腔体120的相对端处的第一和第二电极130、140、以及在第一和第二电极130、140之间但通过绝缘材料110的部分112而与第一和第二电极130、140绝缘的栅电极150。在图1B中，实施例100'包括由之后有撇的相同数字标记的相同元件，其中栅电极150'位于第一电极130'和第二电极140'之一旁边或邻近处但通过绝缘材料110'的部分112'而与其绝缘。实施例100'是优选的。第一和第二电极130、140和130'、140'间隔开充分小的距离，使得当合适的电压被施加到第一和第二电极时，电子发射从电极之一发生。可选地，电子发射电极或发射极可以被成形为具有一个或多个尖锐或尖边缘和/或涂覆有适当的低逸出功材料以便于激励电子发射。其他电极时电子收集电极或集电极。已知的是，电子场发射发生在比大约一兆伏特每米(GV/m)更大的电场中，这取决于发射电极的形状和逸出功。说明性地，被施加到发射电极的操作电压是0伏特，并且被施加到收集电极的操作电压是20伏特或更少的量级；在第一与第二电极之间的间隔是200纳米(nm)或更少且优选是20nm的量级；并且发射电极被成形和/或涂覆以使得电子发射在操作电压被施加到电极时被生成。被施加到栅电极150、150'的电压可以控制在发射极与集电极之间的电流。特别是，针对栅电极150、150'接近发射极的情况，被施加到栅电极的高电压将防止在发射极与集电极之间的电流，而低电压将允许在发射极与集电极之间的电流。相反地，针对栅电极150、150'接近集电极的情况，被施加到栅电极的高电压将允许在发射极与集电极之间的电流，而低电压将防止在发射极与集电极之间的电流。说明性地，高电压能够与被施加到集电极的电压相比较，并且低电压能够与被施加到发射极的电压相比较。图2A和图2B是图1A的电路元件相应的说明性实施例200、205，其中栅电极被形成在接近发射极(图2A)和接近集电极(图2B)处。用于制出实施例200、205的过程结合图4和5A-5J被提出。说明性地，实施例200、205可能被形成在诸如集成电路的背端的一部分之类的大致平面的结构中。实施例200包括绝缘材料210、在该绝缘材料中的腔体215、在腔体215的相对端处的发射极和集电极220、225、以及在发射极220附近但通过氮间隔体235而与其绝缘的栅电极230。发射极和集电极220、225间隔开充分小的距离，使得当合适的操作电压被施加到发射极和集电极时，电子发射从发射极发生。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路元件，包括：第一电极和第二电极，间隔开小于大约20纳米的距离；绝缘体，在所述电极之间；以及栅电极，接近所述第一电极和所述第二电极之一并与其绝缘。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.16 US 61/916,472;2014.06.05 US 14/297,4081.一种电路元件，包括：
第一电极和第二电极，间隔开小于大约20纳米的距离；
绝缘体，在所述电极之间；以及
栅电极，接近所述第一电极和所述第二电极之一并与其绝缘。
2.根据权利要求1所述的电路元件，其中所述第一电极和所述第二电极被置于大致相
同的平面中。
3.根据权利要求1所述的电路元件，其中所述第一电极、所述第二电极和所述栅电极被
置于大致相同的平面中。
4.根据权利要求1所述的电路元件，其中所述第一电极、所述第二电极和所述栅电极被
堆叠为一个在另一个之上并使得所述绝缘体在它们之间。
5.根据权利要求1所述的电路元件，其中所述第一电极和所述第二电极之一被成形、或
涂覆、或成形及涂覆以激励电子发射。
6.一种电路元件，包括：
绝缘体；
在所述绝缘体中的腔体；
在所述腔体中的第一电极和第二电极，间隔开小于大约20纳米的距离；以及
栅电极，接近所述第一电极和所述第二电极之一并与其绝缘。
7.根据权利要求6所述的电路元件，其中所述第一电极和所述第二电极被置于大致相
同的平面中。
8.根据权利要求6所述的电路元件，其中所述第一电极、所述第二电极和所述栅电极被
置于大致相同的平面中。
9.根据权利要求6所述的电路元件，其中所述第一电极、所述第二电极和所述栅电极被
堆叠为一个在另一个之上并使得所述绝缘体在它们之间。
10.根据权利要求6所述的电路元件，其中所述第一电极和所述第二电极之一被成形、
或涂覆、或成形及涂覆以激励电子发射。
11.一种电路元件，包括：
绝缘体；
在所述绝缘体中的腔体；
在所述腔体中的第一电极和第二电极，间隔开一定距离，使得当操作电压被施加到所
述第一电极和所述第二电极时，在所述第一电极与所述第二电极之间建立足以致使来自所
述第一电极的电子发射的电场；以及
栅电极，接近所述第一电极和所述第二电极之一并与其绝缘。
12.根据权利要求11所述的电路元件，其中所述第一电极和所述第二电极被置于大致
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布拉辛格汤，
申请(专利权)人：阿尔特拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US