electrons,電界放出形の電子エミッタを有する微小真空デバイスに関し,特に,微小三極真空デバイスや微小真空磁気センサなどに応用できる微小真空デバイスに関するものである。[0002]【従来の技術】従来における微小真空デバイスにあっては,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて,真空中においてシリコン基板などに電子エミッタ,ゲート,および,コレクタを形成配置し,針状や薄膜状に作成した電子エミッタにゲートを単に近接させて配置することにより電界放出形に構成したものが一般的であった。[0003]【発明が解決しようとする課題】しかしながら,従来の微小真空デバイスにおける電子エミッタは,真空度が低くなるにしたがい,電子エミッタ表面に対するガス吸着等により電子放出特性が損なわれるという問題点があった。by,比較的低真空であっても電子放出特性を向上させ,電源電圧を比較的小さくすることを第1の目的とする。voltage.【0005】また,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて形成できるようにし,微細で精度がよい宙に浮いた構造の薄膜ヒータを持った電子エミッタを有する微小真空デバイスを容易に大量生産可能にすることを第2の目的とする。collector,前記電子エミッタを宙に浮いた状態の薄膜ヒータ上に薄膜状に形成し,前記電子エミッタが電子を電界放出するように空隙を介して前記電子エミッタを前記ゲートに近接配置したものである。gate.【0007】また,前記薄膜ヒータを前記電子エミッタとして構成し,前記電子エミッタと前記コレクタとの間を流れる電流を,前記ゲートに印加する電圧により変化させ,前記ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化し,前記ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設け,前記電子エミッタに形成する先端部に対応する部分にスリットを設けたものである。field,前記コレクタを薄膜状に構成し,前記コレクタが,絶縁薄膜を介して複数層から構成されているものである。前記電子エミッタの表面に凸部を設けたものである。emitter.【0009】さらに,表面に凹部を形成したシリコン単結晶チップをカバーとして,前記凹部を含む領域を微小真空領域室となるように真空封止し,前記電子エミッタ,ゲート,および,コレクタの電極を絶縁薄膜を介して前記微小真空領域の外部に引き出すように構成したものである。前記ゲート電極内に前記コレクタが露出するように前記絶縁薄膜に孔を形成し,薄膜ヒータ上に薄膜状に形成された電子エミッタを前記孔の中央付近に配置し,前記電子エミッタが電子を電界放出するように前記電子エミッタをゲートに近接配置したものである。gate.【0011】また,前記薄膜ヒータを前記電子エミッタとして構成し,前記電子エミッタと前記コレクタとの間を流れる電流を,前記ゲートに印加する電圧により変化させ,前記孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化し,前記孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設け,前記電子エミッタに形成する先端部に対応する部分にスリットを設けたものである。前記電子エミッタの表面に凸部を設けたものである。emitter.【0012】さらに,表面に凹部を形成したシリコン単結晶チップをカバーとして,前記凹部を含む領域を微小真空領域室となるように真空封止し,前記電子エミッタ,ゲート,および,コレクタの電極を絶縁薄膜を介して前記微小真空領域の外部に引き出すように構成したものである。[0013]【作用】本発明に係る微小真空デバイスは,エアブリッジにより電子エミッタを宙に浮いた状態の薄膜ヒータ上に薄膜状に形成し,あるいは,薄膜ヒータを電子エミッタとして構成し,空隙を介して電子エミッタをゲートに近接配置することにより,電子が電界放出しやすい状態にするか,あるいは,電子エミッタを熱することにより熱電子を出やすい状態にする。emitter.【0014】また,電子エミッタとコレクタとの間を流れる電流を,ゲートに印加する電圧により変化させる。gate.また,ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化することにより,電界を集中させ,電子放出効率を向上させる。ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設けることにより,その部分に電流を多く流すようにする。portion.【0015】また,電子エミッタに形成する先端部に対応する部分にスリットを設けることにより,薄膜ヒータ部分の電気抵抗および熱容量を低減し,他の部分よりも薄膜ヒータ部分を高温に維持することができ,その分消費電力を低減する。consumption.【0016】また,コレクタを薄膜状に構成し,該コレクタを絶縁薄膜を介して複数層から構成するようにコレクタを複数近接させて配置し,複数のコレクタに流れる電子電流の大きさから外部磁界の大きさ,および,外部磁界の方向を検出する。field.【0017】また,電子エミッタの表面に凸部を設けることにより,機械的強度を増加できる。strength.【0018】さらに,表面に凹部を形成したシリコン単結晶チップをカバーとして,凹部を含む領域を微小真空領域となるように真空封止した構造となし,電子エミッタ,ゲート,および,コレクタの電極を絶縁薄膜を介して微小真空領域の外部に引き出し,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて微細で精度がよい微小真空デバイスを容易に大量生産できる。invention,コレクタを導体基板により構成し,コレクタ上に絶縁薄膜を介してゲート電極を配置し,あるいは,薄膜ヒータを電子エミッタとして構成し,ゲート電極内にコレクタが露出するように絶縁薄膜に孔を形成し,薄膜ヒータ上に薄膜状に形成された電子エミッタを孔の中央付近に配置し,電子エミッタが電子を電界放出するように電子エミッタをゲートに近接配置することにより電子が電界放出しやすい状態にするか,あるいは,電子エミッタを熱することにより熱電子を出やすい状態にする。emitter.【0020】また,電子エミッタとコレクタとの間を流れる電流を,ゲートに印加する電圧により変化させる。gate.また,孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化することにより電界を集中させ,電子放出効率を向上させる。孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設けることにより,その部分に電流を多く流すようにする。portion.【0021】電子エミッタに形成する先端部に対応する部分にスリットを設けることにより,薄膜ヒータ部分の電気抵抗および熱容量を低減し,他の部分よりも薄膜ヒータ部分を高温に維持することができ,その分消費電力を低減する。consumption.【0022】また,電子エミッタの表面に凸部を設けることにより,機械的強度を増加できる。strength.【0023】また,表面に凹部を形成したシリコン単結晶チップをカバーとして,凹部を含む領域を微小真空領域室となるように真空封止した構造となし,電子エミッタ,ゲート,および,コレクタの電極を絶縁薄膜を介して微小真空領域の外部に引き出し,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて微細で精度がよい微小真空デバイスを容易に大量生産できる。〔実施例1〕以下,本発明に係る微小真空デバイスの実施例を図面に基づいて説明する。2(a)は,図1に示した微小真空デバイスの平面図,図2(b)は,図2(a)に示した平面図のX−X'断面図である。107は薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の電極である薄膜ヒータ兼エミッタ電極,108は薄膜ヒータ兼電子エミッタ106および薄膜ヒータ兼エミッタ電極107と酸化シリコン膜101との間の配置された酸化シリコン膜,109はゲート104と薄膜ヒータ兼電子エミッタ106との間に形成される空隙,110は薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の一部に形成された尖鋭化された先端部,111は該先端部110の後部に設けられたスリットである。provided.【0026】次に,上記微小真空デバイスの製造方法を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。102およびこれらの電極であるゲート電極105とコレクタ電極103とをパターン形成する(S3)。上記のようにモリブデン層と酸化シリコン膜との間に薄いチタン層を挟んだのは,モリブデン層の密着性を向上させるためである。ゲート104とコレクタ102との間隔は,5〜8μm程度とし,図2(a)の平面図におけるX−X'線上のゲート104とコレクタ102との長さは,10μm程度とする。0.3μm厚程度に真空蒸着し(S4),宙に浮いた構造の薄膜ヒータ兼電子エミッタ106を形成するための犠牲層として利用する。106よりも幅広に残し,他の部分のアルミニウムはエッチング除去する。thereon厚)とをスパッタリング形成する(S6)。technique,長さ30μm,幅15μm程度の宙に浮いた構造の薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の部分およびこれらの電極である薄膜ヒータ兼エミッタ電極107のパターン形成を行ない,さらに,これらのパターン以外の領域のスパッタリング酸化シリコン膜108のエッチング除去を行ない(S7),最後に,アルミニウム犠牲層の除去を行う(S8)。薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の先端部とコレクタ102との間隔は10μm程度とする。フッ化水素系の酸化シリコン膜108のエッチャントに対してアルミニウムのエッチング速度が速いので,このとき,アルミニウム犠牲層もほとんどエッチング除去され,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106とゲート104の間は,アルミニウム犠牲層の厚みに相当する極めて狭い空隙109を持つ宙に浮いた構造の薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の部分が形成される。formed.【0029】アルミニウム犠牲層が残存しやすいときは,リン酸系のアルミニウムエッチイング液でアルミニウム犠牲層をエッチング除去するとよい。このリン酸系のアルミニウムエッチイング液は酸化シリコン膜をエッチングしないので,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106に密着している部分のスパッタ酸化シリコン膜108と下部の酸化シリコン膜101は残存する。106,ゲート104とコレクタ102およびこれらの各電極部分103,105,107は侵されないで残存する。attacked.【0030】また,本実施例では,図1,図2(a)に示すように,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106に電界を集中させるため,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106のコレクタ102側に尖鋭化させた先端部110を設ける。10610を尖鋭化させることにより電界が集中しやすく,電子が電界放出しやすくなる状態が得られる。obtained.【0031】また,エアブリッジに構成されている薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の先端部110に対応する後部にスリット111を設ける。このように,スリット111を設けることにより,薄膜ヒータの,この部分における電気抵抗および熱容量を減らし,他の部分より該部分を高温にする効果があり,その結果,デバイスの消費電力を減らすことが可能となる。power,その結果,真空室の壁を熱することになり,不要なアウトガスを壁より放出させ,真空室の真空度が低下し,真空デバイスとしては好ましくない状態が発生する。このため,本実施例では,上記の如くスリット111を設け,真空室の真空領域を拡大し,小さな電力により駆動できるように構成したものである。111との先端後部幅bを広く形成し(a<b),先端部110付近の発熱を特に大きくしたものである。/チタンの二重層により構成することもできる。金属は温度が上昇すると伸び垂れ下がるため,これらの金属製薄膜ヒータの下部には,酸化シリコン膜などの電気絶縁性を配置し,高融点の固い材料を密着させ,支持するのが好ましい。supported.【0033】図5(a),(b)は,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の先端部の他の構成を示す説明図であり,この実施例にあっては,先端部110の下部には酸化シリコン膜を除去した状態に形成されている。このような構成にすることにより,薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の先端部110に密着した酸化シリコン膜がないので,特に,この部分の温度が上昇しやすく,薄膜ヒータの低消費電力化を図ることができる。can.【0034】図6は,電子エミッタの部分の他の構成を示す斜視図であり,図において,106aは薄膜ヒータ,106bは電子エミッタである。上記実施例にあっては,は薄膜ヒータ兼電子エミッタ106として薄膜ヒータと電子エミッタを一体成形していたが,図6に示した実施例にあっては,薄膜ヒータ106aの上に電子エミッタ106bを形成している。ここで,電子エミッタ106bは仕事関数の小さな酸化バリウムあるいは酸化トリウムのスパッタ膜を用いている。106bの方が仕事関数が小さいため,コレクタ102に正の電圧を印加したときは,図示した矢印方向に電子エミッタ106bから電子が電界放出される。8(a)は,図7に示した微小真空デバイスの平面図,図8(b)は,図8(a)に示した平面図のY−Y'断面図である。707と基板701との間に配置されたモリブデン/チタン膜,709はゲート704と薄膜ヒータ兼電子エミッタ706との間に形成される空隙,710a,bは薄膜ヒータ兼電子エミッタ106の一部に形成され,尖鋭化された先端部,711a,bは該先端部710a,bの後部に設けられた各々先端部710a,bに対応するスリットである。708について説明する。film,このチタンは基板701との密着性を向上させる。モリブデン/チタン膜708の上部にある薄膜ヒータ兼エミッタ電極707は,例えば,白金/チタンあるいはインジウム錫酸化物(ITO)等により構成する。like.この場合,上記モリブデン/チタン膜708は,微小真空デバイスの製作工程上,ゲート電極705,コレクタ電極703の電極材料となる。703.【0038】次に,コレクタ702の構成について説明する。702cが電気絶縁薄膜層702bを介して層状に構成されている。706から放出される電子線が被検出磁場によるローレンツ力により一対のコレクタ702a,702cのうち,一方に多く捕集され,コレクタ702a,702cを流れる電流変化から磁場を検出することができる。702c.【0039】さらに,詳細に説明する。微小真空デバイスにおけるコレクタ702を,例えば,0.2μm厚程度のスパッタリングやCVDなどによる酸化シリコン膜などの電気絶縁薄膜層702bを挟んで二重層に形成しておき,電子放出させれば,この微小真空デバイスを高感度の磁気センサとして利用することができる。702c,磁界の大きさおよびその向きまで検出することができる。その結果,高感度高速応答の超小型磁気センサを得ることができる。2の大きさを差動増幅器1301により差動増幅する。2の差の大きさから磁場Bの大きさが検出できる。the.【0041】また,この実施例に係る薄膜ヒータ兼電子エミッタ706には,その一部に2個の尖鋭化された先端部710a,710bが形成されている。1個の先端部が形成されているものに比較して,2個の先端部710a,710bに電子電流が多く流れるようにしたものである。図8(b)に示すように先端部710a,710bの下部におけるブリッジを支持するための窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜が除去されているので,熱容量が小さく,高温になりやすいので,消費電力が少なくて済むという効果がある。Z-Z'断面図である。912に配置されたコレクタとしての白金シリサイドである。孔912の直径は相対的に小さい方が電界集中のためによく,2μm程度に形成される。m.【0044】次に,動作について説明する。904への薄膜ヒータ兼電子エミッタ906に対する印加電圧を変化させることにより,薄膜ヒータ兼電子エミッタ906からの電子の引き出し量を変化させるので,三極真空管として機能することができる。ここでは,上記ゲート904は薄膜ヒータ兼電子エミッタ906からの電子引出電極として機能している。second,コレクタに低抵抗となりえる金属シリサイド(本実施例では,白金シリサイドを使用している)使用していること,第3に,ゲート電極形成時に,その下部の白金シリサイドのコレクタ電極がセルフアライメントにより形成できることである。905用の白金を電子ビーム蒸着形成したときに,孔912の周囲の酸化シリコン膜901がオーバーハングの状態になっており,上記のゲート電極と下部(孔912の内部の)白金シリサイド913のコレクタとは導通しないように形成できることによる。W-W'断面図である。図1および図2(a),(b)に示した構成と同じ部分は同一の番号を用いて示し,その説明を省略する。(b),詳細に説明する。図において,1001は薄膜ヒータ兼電子エミッタ106に設けられた凸部である。このような凸部を薄膜ヒータ兼電子エミッタ106に設けることにより薄い薄膜ヒータであってもたわみの発生が抑制される。このため,ゲート104と薄膜ヒータ兼電子エミッタ106との間隔(0.5μm程度)を保持することが可能となり,より薄く構成することが可能となり,ヒータの消費電力をより少なくすることができる。heater.【0049】次に,図1,図2(a),(b)に示した微小真空デバイスを例にとって真空室の形成について図13に基づいて説明する。Torrの真空封止し,微小真空デバイスとして形成する。104に対してコレクタ102が正の約20Vになるように電圧を印加すれば,薄膜ヒータ兼電子エミッタ104とコレクタ102間には,安定的に約1μAの電流が流れ,安定した状態において電子エミッタとして動作させることができる。Torr程度)で封止する。[mu]m厚にカバーしておき,ニッケルスパッタリング後低溶点金属(例えば,スズ,鉛)でニッケル膜上に凸凹が埋まる程度の厚みに真空蒸着等により形成しておき,さらに,キャップ側も同様に接合面(封止の周囲の面)に金属化して,真空中において昇温して封止する。vacuum.【0051】以上説明したように,上記各実施例にあっては,真空中に配置した電子エミッタ,ゲート,および,コレクタのうち,電子エミッタを宙に浮いた状態の薄膜ヒータ上に薄膜状に形成するか,あるいは,該薄膜ヒータそのものとして構成し,ゲートは,電子エミッタに空隙をおいて近接配置させた構造であり,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて容易に形成できる。techniques.【0052】また,電子エミッタを宙に浮いた構造の薄膜ヒータに形成したため,薄膜ヒータの熱容量を小さくできると共に熱コンダクタンスを小さくでき,小さな消費電力で大きな温度上昇を得ることができる。consumption.【0053】なお,薄膜ヒータは,外部から光照射などにより熱してもよいが,電流を流しジュール加熱してもよい。しても,電子エミッタの仕事関数が小さい方が電子放出しやすいので,仕事関数の小さい酸化バリウムや酸化トリウムなどの酸化物を薄膜ヒータ上に薄膜形成して,これを電子エミッタとして用いてもよい。宙に浮いた構造の薄膜ヒータに形成した電子エミッタのコレクタ側の先端は,上記の如く,薄膜でありながらも尖形にしたほうが,電界が集中し電子放出効率がよくなる。improved.【0054】加えて,宙に浮いた構造の電子エミッタの尖形部付近にのみ,1μm以下の空隙を挟んでゲートを形成したほうが,電子エミッタとゲートとの耐圧の観点から好ましい。[0055]【発明の効果】以上説明したように,本発明に係る微小真空デバイスは,電子エミッタ表面を熱し,吸着ガス等を放出させて活性化させることにより,電子が電界放出しやすい状態にするか,あるいは,電子エミッタを熱することにより,熱電子が出やすい状態にして電界放出させることにより,比較的低真空であっても電子放出特性を向上させ,電源電圧を比較的小さくすることができる。the.【0056】また,半導体のマイクロマシーンニング技術を用いて形成できるようにし,微細で精度がよい宙に浮いた構造の薄膜ヒータを持った電子エミッタを有する微小真空デバイスを容易に大量生産可能にすることができる。DRAWINGS【図1】本発明に係る微小真空デバイスの構成を示す斜視図である。(a)と断面図(b)である。(b).【図3】図1に示した微小真空デバイスの製造工程を示すフローチャートである。1.【図4】図1に示した薄膜ヒータ兼電子エミッタの他の形状を示す説明図である。FIG.【図5】図1に示した薄膜ヒータ兼電子エミッタの他の形状を示す平面図(a)と断面図(b)である。(b).【図6】図1に示した薄膜ヒータ兼電子エミッタの他の形状を示す説明図である。FIG.【図7】本発明に係る微小真空デバイスの他の構成を示す斜視図である。(a)と断面図(b)である。(b).【図9】図7に示した微小真空デバイスを磁気センサに応用した場合を示す回路図である。sensor.【図10】本発明に係る微小真空デバイスの他の構成を示す平面図(a)と断面図(b)である。(b).【図11】本発明に係る微小真空デバイスの他の構成を示す斜視図である。invention.【図12】図11に示した微小真空デバイスの平面図(a)と断面図(b)である。(b).【図13】図1に示した微小真空デバイスを真空封止した状態を示す説明図である。真空中に配置した電子エミッタ,ゲートおよびコレクタを有する微小真空デバイスにおいて,前記電子エミッタを宙に浮いた状態の薄膜ヒータ上に薄膜状に形成し,前記電子エミッタが電子を電界放出するように空隙を介して前記電子エミッタを前記ゲートに近接配置したことを特徴とする微小真空デバイス。前記ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化することを特徴とする請求項1記載の微小真空デバイス。前記ゲートに近接配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設けたことを特徴とする請求項1記載の微小真空デバイス。positioned,前記複数のコレクタに流れる電子電流の大きさから外部磁界の大きさ,および,外部磁界の方向を検出することを特徴とする請求項1記載の微小真空デバイス。前記コレクタを薄膜状に構成することを特徴とする請求項4項記載の微小真空デバイス。前記コレクタが,絶縁薄膜を介して複数層から構成されていることを特徴とする請求項5記載の微小真空デバイス。真空中に配置した電子エミッタ,ゲートおよびコレクタを有する微小真空デバイスにおいて,前記コレクタを導体基板により構成し,前記コレクタ上に絶縁薄膜を介してゲート電極を配置し,前記ゲート電極内に前記コレクタが露出するように前記絶縁薄膜に孔を形成し,薄膜ヒータ上に薄膜状に形成された電子エミッタを前記孔の中央付近に配置し,前記電子エミッタが電子を電界放出するように前記電子エミッタをゲートに近接配置したことを特徴とする微小真空デバイス。前記孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を尖鋭化することを特徴とする請求項7記載の微小真空デバイス。前記孔の中央付近に配置する電子エミッタの先端部を,同一の薄膜ヒータに対し複数個設けたことを特徴とする請求項7記載の微小真空デバイス。前記薄膜ヒータを前記電子エミッタとして構成することを特徴とする請求項1または7記載の微小真空デバイス。前記電子エミッタと前記コレクタとの間を流れる電流を,前記ゲートに印加する電圧により変化させることを特徴とする請求項1または7記載の微小真空デバイス。前記電子エミッタに形成する先端部に対応する部分にスリットを設けることを特徴とする請求項1または7記載の微小真空デバイス。前記電子エミッタの表面に凸部を設けたことを特徴とする請求項1または7記載の微小真空デバイス。表面に凹部を形成したシリコン単結晶チップをカバーとして,前記凹部を含む領域を微小真空領域となるように真空封止し,前記電子エミッタ,ゲート,および,コレクタの電極を絶縁薄膜を介して前記微小真空領域の外部に引き出すように構成したことを特徴とする請求項1または7記載の微小真空デバイス。manufacture。