CN101636810B - 高频冷阴极三极型场发射真空管及其制造过程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频冷阴极三极型场发射真空管，包括阴极结构(12)、与阴极结构(12)间隔开的阳极结构(13)以及控制栅极(15)，其中，阴极结构(12)和阳极结构(13)被分别形成，且通过***隔离件(14)被结合在一起，其中，控制栅极(15)集成在阳极结构(12)中。
Description
技术领域
本发明总的涉及属于用于高频应用的半导体真空管一族的微米/纳米尺度的装置，更具体地涉及高频冷阴极三极型场发射真空管及其制造过程。
背景技术
如所公知的，最近三十年来，尤其在Charles Spindt公开其关于制造冷阴极真空管的第一篇文章((C.A.Spindt et al.，Physical properties of thin-filmfield emission cathodes with molybdenum cones，Journal of Applied Physics，vol.47，Dec.1976，pages 5248-5263))之后，已经重新唤起了制造高频、宽带、辐射不敏感的真空管的兴趣。所述重新唤起的兴趣被以下事实证明是有道理的：这种类型的电子装置，为了产生电子束，利用场发射现象取代传统的、老一代真空管利用的热电子现象，使得它们不断趋于小型化。
事实上，由于使用热电子阴极用于电子发射而受到限制的传统的真空管，为了发射电子，该阴极已经达到约800至1200℃的高操作温度，伴随而来的问题与操作真空管所需要的功率(在低功率，即小于10W，下运行的管中，加热阴极所需要的功率可能高于工作功率)和所谓的加热时间(热电子作用起始时间)的管理相关，并且还与在高频应用中非常靠近阴极(＜25μm)的控制栅极的稳定性相关(例如参见C.Bower，W.Zhu，D.Shalom，D.Lopez，G.P.Kochanski，P.L.Gammel，S.Jin，A micromachined vacuum triodeusing a carbon nanotube cold cathode，IEEE transactions on Electron Devices，Vol.49，Aug.2002，pages 1478-1483)。
与此对比的是，由Spindt提出的具有场发射阵列(FEA)阴极(通常被称为Spindt阴极)的真空管允许具有真空电子学提供的优点，即电子在真空中达到的速度比在半导体材料中的速度高的性质。所有这些优点和大约零加热时间被一起实现，并且可以靠近阴极布置控制栅极，而不会有由于加热电极引起的不稳定问题，从而允许到达更高的操作频率(标称值从GHz至 THz)和比在热电子管中启动电子产生过程所需要的电功率更低的电功率。
特别是，Spindt阴极由形成在导电基板上的微制造的金属场发射圆锥体或尖端构成。每个发射极在由门电极(也被称作为控制栅极)产生的加速场中具有自己的中心孔，所述门电极通过二氧化硅层与基板和发射极隔离。单独的尖端能够产生几十微安培，理论上大的阵列可以产生大的发射电流密度。
Spindt阴极的性质由于其材料的磨损破坏了发射尖端而受到严重限制，为此，全世界的人们对寻找制造发射尖端的创新材料做出许多努力。
特别是，通过将碳纳米管(CNT)看作是冷阴极发射体，改善了Spindt结构(例如，参见S.Iijima，Helical microtubules of graphitic carbon，Nature，1991，volume 354，pages 56-58，or W.Heer，A.Chatelain，D.Ugarte，A carbonnanotube field-emission electron source，Science，1995，volume 270，number 5239，pages 1179-1180)。碳纳米管是被完美地石墨化的圆柱形管，通过使用不同的制造工艺其可被制造为具有约2至100nm范围内的直径和几微米的长度。CNT在自然杂志上被列入最好的发射体的行列中(例如参见，J.M.Bonard，J.-P.Salvetat，T. 
L.Forrò，A. 
Field emission fromcarbon nanotubes：perspectives for applications and clues to the emissionmechanism，Applied Physics A，1999，volume 69，pages 245-254)，并且CNT在Spindt型装置中是理想的场发射体，因此，在全世界范围内对它们的场发射性质的研究花费许多努力。
图1显示已知的Spindt型冷阴极三极管1的示意图，其包括阴极结构2、通过横向隔离件4与阴极结构2间隔开的阳极3、以及集成在阴极结构2中的控制栅极5。具有集成的控制栅极5的阴极结构2和阳极3被分别形成，之后通过***横向隔离件4而被结合在一起。阳极3由起到阳极作用的第一导电基板形成，同时阴极结构2是多层结构，其包括第二导电基板7、布置在第二导电基板7和栅极5之间的绝缘层8、被形成以穿过栅极5和绝缘层8以便暴露第二导电基板7的表面的凹槽9、以及形成在凹槽9中与第二导电基板7欧姆接触并且起到阴极作用的Spindt型发射尖端10。
发明内容
申请人注意到，控制栅极形成在阴极上方的已知的Spindt型真空管的形状配置遇到不同的问题，尤其是：
制造与控制栅极集成的发射尖端典型地需要复杂的技术过程，因为需要将发射阴极放置在多层结构(导电基板-绝缘氧化物-栅极金属)中，这个过程典型地需要大量的技术步骤，其复杂性是归因于很难集成不同的技术。对于由碳纳米管形成的发射阴极，例如需要研究与制造基板相关的技术步骤，以及因此典型用于所述制造的材料和所述结构的构形，以便通过使用用于这种目的的典型技术(HF-CVD、PE-CVD、激光熔蚀)允许之后生长碳纳米管；
在具有从绝缘层中的开口露出发射尖端的装置中，例如，在碳纳米管被用作发射尖端时，控制栅极接近阴极可导致控制栅极和发射尖端之间的短路，之后导致装置发生故障；
金属栅极吸收由阴极发射的电子的不可被忽视的部分(～10％，例如参见Y.M.Wong，W.P.Kang，J.L.Davidson，B.K.Choi，W.Hofmeister，J.H.Huang，Field emission triode amplifier utilizing aligned carbon nanotubes，Diamond and related materials 2005，volume 14，issue 11-12，pages 2069-2073)，因此使得装置的性质变得更差；和
这种类型的装置的操作频率受栅极和阴极之间的寄生电容严重地限制。事实上，假定栅极和阴极可被模型化成两个平坦且平行的面，寄生电容是C＝ε0εr(A/d)，其中，ε0是真空介电常数，εr是阴极和栅极之间的绝缘材料的相对介电常数，A是栅极的面积，以及d是阴极和栅极之间的距离。从前述可知，显然，这种类型的装置的操作频率严重地依赖所述装置本身的构形特性。
因此，本发明的主要目的是提供冷阴极真空管的创新的构形配置和创新的制造方法，其允许至少克服上述的缺陷。
这种目的由本发明来实现，本发明涉及高频冷阴极三极型场发射真空管和用于制造其的过程，其在随附的权利要求所限定。
本发明通过改变真空管的典型的构形实现上述的目的，尤其是通过在阳极上方形成控制栅极，而不是如在已知的Spindt型真空管中的在阴极的上方形成控制栅极，之后通过***隔离件装配阳极和形成在其上的控制栅极与阴极，所述阴极通常被与阳极(和栅极)分开制造。在阳极上方形成栅极的过程中，另外的绝缘层形成在阳极和栅极之间以同时覆盖栅极的侧壁，从而进一步减小泄露电流。
WO00/24027A公开一种场发射装置，包括：具有电子发射体的阴极板；阳极板，具有被电子发射体发射的电子激发的磷光体；以及真空桥聚集结构，用于聚集电子发射体发射的电子。真空桥聚集结构具有沉陷区，其被连接至阳极板，并且进一步具有桥，所述桥在沉陷区上方延伸并延伸超过沉陷区，以提供与阳极板间隔开的自支撑结构。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参考附图(并不是所有的附图都是按比例制作的)对优选的实施例进行描述，优选的实施例仅被认为是通过例子的形式，并且不认为是一种限制，其中，
图1显示已知的Spindt型冷阴极三极管的示意图；
图2显示根据本发明的实施例的高频冷阴极三极型场发射真空管的示意图；
图3a至3l是根据本发明的实施例的在制造图2的Spindt型冷阴极场发射三极管的阴极结构的连续步骤中半导体晶片的侧面截面视图；
图4a至4m是根据本发明的实施例的在制造图2的Spindt型冷阴极场发射三极管的阳极结构的连续步骤中半导体晶片的侧面截面视图；
图5a至5q是根据本发明的实施例的在制造Spindt型冷阴极场发射三极管的提供有吸气剂材料的阳极结构的连续步骤中半导体晶片的截面视图；
图6是根据本发明的实施例的Spindt型冷阴极场发射三极管的提供有吸气剂材料的阳极结构的俯视图；和
图7显示根据本发明的实施例的设有吸气剂材料的Spindt型冷阴极三极型场发射真空管的示意图。
具体实施方式
提出的下述的讨论，能够使得本领域技术人员制作和使用本发明。对实施例的各种修改对本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不偏离本发明的实质和范围的情况下，在此处的总体原理可被应用至其它的实施例和应用中。因此，本发明不限于显示的实施例，而是与在此处公开和在附随的权利要求中限定的原理和特征一致的最宽的范围一致。
图2显示根据本发明的高频冷阴极三极型场发射真空管的示意图。
由参考标记11显示的冷阴极三极型场发射真空管包括阴极结构12、通过横向隔离件14与阴极结构12间隔开的阳极结构13以及集成在阳极结构 13中的控制栅极15。阴极结构12和具有集成的栅极15的阳极结构13被分别形成，之后通过***横向隔离件14结合在一起。
特别是，阴极结构12是多层结构，其包括：第一导电基板16；形成在第一导电基板16上的第一绝缘层17；被形成以穿过第一绝缘层17以便暴露第一导电基板16的表面的凹槽18；以及发射尖端19，其成碳纳米管、纳米线或Spindt型尖端的形式，被形成在凹槽18中且与第一导电基板16欧姆接触，以及起到阴极的作用。
阳极结构13是多层结构，其包括：起到阳极作用的第二导电基板20；形成在第二导电基板20和栅极15之间的第二绝缘层21；双凹槽结构，其包括被形成以穿过栅极15的宽凹槽23，以便暴露第二绝缘层21的表面，和形成在宽凹槽23中以穿过第二绝缘层21的窄凹槽24，以便暴露第二导电基板20的表面；以及第三绝缘层22，形成在栅极15和横向隔离件14之间并且还覆盖栅极15的侧壁。
凹槽18、23、24被垂直地对齐，使得发射尖端19面向第二导电基板20的暴露表面，并且横向隔离件14被布置在凹槽18、23、和24的外面，使得凹槽18、23和24以及发射尖端19被布置在横向隔离件14之间。
图3a至3l是根据本发明的实施例的在制造图2的阴极结构12的连续步骤中的半导体晶片的截面视图，其中，相同的参考标记表示相同的元件。另外，为了简便起见，下面的描述将涉及制造两个邻近的阴极结构12，制造阴极结构12的阵列只需要使用相同的结构被重复的光刻掩模。
参考图3a至3l，例如由二氧化硅(SiO2)制成的1-5μm厚的绝缘层17在被考虑的例子中通过氧化形成在例如由单晶硅(Si)制成的300μm厚的导电基板16上(图3a)。之后，例如由光致抗蚀剂制成的掩模层30例如通过沉积形成在绝缘层17上(图3b)，之后在被考虑的例子中通过由参考标记31指示的掩模的UV曝光被图案化(图3c)，之后被显影，因此形成具有孔的掩模32，所述孔曝露绝缘层17的选择的部分(图3d)。有利地的是，孔为在垂直于纸张的方向上延伸的带的形式，彼此间隔约5-20μm以及具有1-5μm的宽度。
通过使用掩模32，绝缘层17的被暴露的部分被湿法或干法刻蚀，因此沟槽33形成在绝缘层17中，沟槽33被绝缘柱34横向地划定界限、深度延 伸至导电基板16以及具有对应于掩模32的孔的形状、宽度以及间距(图3e)。另外，每一沟槽33在绝缘层17中限定了各个凹槽18(图2)，在那里，发射尖端19之后被形成。
之后，在图3f、3g以及3h中显示的第一实施例中，掩模32被移除(图3f)并且垂直排列的碳纳米管发射尖端19(图3h)通过借助浇注(例如可使用的溶液是丙酮中的Fe(NO3)3·9H2O)在晶片上沉积20nm厚的催化剂层35(例如Fe或Ni)而在沟槽33中合成(图3g)。
在图3i和3l显示的第二可替换的实施例中，掩模32没有被移除并且用作用于20nm厚的催化剂层35的掩模，所述催化剂层35通过溅射被沉积在晶片上(图3i)，之后通过使用剥离技术从绝缘柱34和沟槽33的横向壁上被移除(图3l)。
在第三可替换的实施例中(未显示)，进一步的光刻步骤可被提供以图案化沟槽33中的催化剂层35。
如果碳纳米管发射尖端19如之前参考图3f和3g描述地生长，即从通过浇注沉积的溶液中的催化剂生长，选择性通过减少反应室中的Fe(NO3)3 来保证，该减少仅发生在经由光刻过程被暴露的导电基板16的区域中，然而，如果碳纳米管尖端19如之前参考图3i和3l描述地生长，即经由溅射沉积的催化剂生长，所述选择性通过光刻过程来保证，所述光刻过程限定了有催化剂的区域，在合成中使所述催化剂被成簇(clustered)。
图4a至4m是根据本发明的实施例的在制造图2的阳极结构13的连续步骤中半导体晶片的截面视图，其中相同参考标记表示相同的元件。另外，为了简便起见，下面的描述将涉及制造两个邻近的阳极结构，制造阳极结构13的阵列只需要使用相同的结构被重复的光刻掩模。
参考图4a至4m，例如由二氧化硅(SiO2)制成且具有从几微米至几十微米厚度的绝缘层21在被考虑的例子中通过氧化形成在例如由单晶硅(Si)制成的300μm厚的导电基板20上(图4a)。之后，例如由光致抗蚀剂制成的第一掩模层36例如通过沉积形成在绝缘层21上(图4b)，之后在被考虑的例子中通过由参考标记37指示的有掩模的UV曝光被图案化(图4c)，之后被显影，因此形成具有孔的第一掩模38，所述孔曝露绝缘层21的选择的部分(图4d)。有利的是，孔为在垂直于纸张的方向上延伸的带的 形式，彼此间隔约5-50μm以及具有1-5μm的宽度。
通过使用第一掩模38，绝缘层21的被暴露的部分被干法或湿法刻蚀，因此沟槽39形成在绝缘层21中，所述沟槽被绝缘柱40横向地划定界限、深度延伸至导电基板20以及具有对应于第一掩模38的孔的形状、宽度以及间距(图4e)。
之后，第一掩模38被移除(图4f)，例如由光致抗蚀剂制成的第二掩模层41在被考虑的例子中通过沉积而形成，第二掩模层41完全填充沟槽39和覆盖绝缘柱40(图4g)。之后第二掩模层41在被考虑的例子中通过由参考标记42指示的有掩模的UV曝光被图案化(图4h)，以便只暴露在绝缘柱40上的第二掩模层41的部分，同时保持在沟槽39上的第二掩模层41的部分被覆盖(图4h)，之后被显影，以便形成第三掩模43，该第三掩模43完全覆盖沟槽39的底部和侧壁，并且还部分地在绝缘柱40上延伸约1-50μm(图4i)。
50-500纳米厚的金属栅极层44例如通过沉积被形成在晶片上，以便完全填充沟槽39并且覆盖绝缘柱40(图4l)，之后通过剥离过程从除了被第三掩模43暴露的绝缘柱40的区域外的晶片的整个表面上被移除，因此形成栅极15。最终，具有覆盖栅极15以防止栅极和发射尖端19短路的目的的栅极绝缘层22由阳极处理在被考虑的例子中通过氧化形成在栅极15上，因此获得在图4m中显示的结构，其中栅极的内部垂直侧面保持与绝缘柱40的内部垂直侧面间隔开1-20μm，因此显著地限制了泄露电流，这是因为被发射的电子没有被氧化物覆盖的栅极15收集。作为一个总的原则，由于栅极15的尺寸依赖于栅极至沟槽和栅极至栅极的距离，栅极15必须被指定尺寸以与结构对齐过程一致，结构对齐过程可能根据冷阴极三极型场发射真空管11被指定的应用而改变。
如参考图3和图4在上文所述形成的阴极结构12和具有集成的栅极15的阳极结构13被对齐而且通过***横向隔离件14被结合在一起，且在其之间产生真空(真空结合)。横向隔离件14的作用是允许在阴极结构12和阳极结构13之间的电绝缘被产生和有效的真空结合被形成。特别是，标准的晶片至晶片的真空结合技术可被用于接合阴极结构12和阳极结构13，其包括阳极结合、玻璃粉结合、共熔结合、焊料结合、反应结合以及熔融结合。
这种封装技术的主要问题之一与在阴极结构12和阳极结构13之间的腔中达到的压力相关。例如，在阳极结合中由于产生氧气，腔中的压力达到100-400托(Torr)的值，而在焊料结合中由于气体解吸，腔中的压力达到2托的值，如果在装配之前晶片被加热，该压力可减小至1托。因此，所发生的是，尽管通过使用真空晶片结合技术、在结合(或装配)时发生的材料解吸，可以获得小于μTorr的压力，但是最终的压力总是比较高。
因为高质量的真空对场发射真空管11的良好操作是必需的，所以根据本发明的另一方面，形成包括例如Ba、Al、Ti、Zr、V、Fe(通常称作吸气剂)的极易反应的材料的区域允许在被适当地激发时，在结合时被解吸的分子被捕获。对于吸气剂材料的详细描述，可参考Douglas R.Sparks，S.Massoud-Ansari，and Nader Najafi的Chip-Level Vacuum Packaging ofMicromachines Using NanoGetters，IEEE transactions on advanced packaging，volume 26，number 3，August 2003，pages 277-282，和Yufeng Jin，ZhenfengWang，Lei Zhao，Peck Cheng Lim，Jun Wei and Chee Khuen Wong的Zr/V/Fethick film for vacuum packaging of MEMS，Journal of Micromechanics andMicroengineering，volume 14，2004，pages 687-692。
如由图5a至5q显示地，在场发射真空管中引入吸气剂材料(在下文中由参考标记11’指示)可通过在制造阳极结构13的过程中的附加步骤来实现，其中，图5a至5g与图4a至4g相同，因此将不再对它们进行描述。
参考图5a至5q，一旦第一掩模38已经被移除(图5f)和第二掩模层41已经被形成(图5g)，那么第二掩模层41在被考虑的例子中通过的掩模的UV曝光(由参考标记45显示)被图案化，以便只暴露在一个沟槽39上的第二掩模层41的部分，同时保持在绝缘柱40和另一沟槽39上的第二掩模层41的剩余部分被覆盖(图5h)，之后被显影，以便形成第三掩模46，该第三掩模46完全覆盖绝缘柱40和在有掩模的UV曝光过程中未被暴露的沟槽39的底部和侧壁，同时仅保持在有掩模的UV曝光过程中被暴露的沟槽39的底部和侧壁被暴露(图5i)。
之后，厚度在微米范围内的金属吸气剂层17例如通过沉积被形成在晶片上(图5l)，之后使用剥离过程被从除了没有被第三掩模46覆盖的沟槽39之外的晶片的整个表面上移除(图5m)。例如由光致抗蚀剂制成的第三 掩模层48之后在被考虑的例子中通过沉积形成在晶片上，以便完全填充沟槽39和覆盖绝缘柱40，之后在被考虑的例子中通过有掩模的UV曝光(由参考标记49显示的)被图案化，以便仅暴露在绝缘柱40上的第三掩模层48的部分，同时保持在沟槽39上的第三掩模层48的部分被覆盖，特别是在吸气剂层47上(图5n)。之后，第三掩模层48被显影，以便形成第四掩模50，其完全覆盖包含吸气剂47的另外的沟槽39，并且还部分地在邻近的绝缘柱40上延伸约1-50um，以及完全地覆盖不包含吸气剂47的另一沟槽39的底部和侧壁，并且还部分地在邻近的绝缘柱39上延伸约1-50mm(图5o)。
50-500纳米厚的金属栅极层44例如通过沉积被形成在晶片上(图5p)，之后通过剥离过程从晶片的除了被第四掩模50暴露的绝缘柱39的区域外的整个表面上被移除，因此形成栅极15。最终，具有覆盖栅极以防止栅极和发射尖端19短路的目的的栅极绝缘层22由阳极化处理在被考虑的例子中通过氧化形成在栅极15上，因此获得在图5q中显示的结构，其中栅极的内部垂直侧面保持与绝缘柱39的内部垂直侧面间隔开1-50μm，因此显著地限制了泄露电流。优选地，在俯视图中，栅极15和吸气剂47具有在图6中显示的类型的环形图案，其中，栅极15不能被看到，因为其被栅极绝缘层22完全覆盖。
最终，具有集成的栅极15和吸气剂47的阳极结构13被结合至阴极结构12上，因此形成图7中显示的冷阴极三极型场发射真空管11’，其中，左侧部分与图2中显示的相同，右侧部分的结构类似于左侧部分，即它包括双凹槽结构，其包括：宽凹槽51，被形成以穿过栅极15以便暴露第二绝缘层21的表面；和窄凹槽52，被形成在宽凹槽51中，以穿过第二绝缘层21，以便暴露第二导电基板20的表面，其中，宽和窄凹槽51、52通过横向隔离件14与宽和窄凹槽23、24间隔开，其中，吸气剂47形成在窄凹槽52中。
由前述的内容，根据本发明的场发射真空管的优点是显而易见的。尤其是：
将栅极15集成在阳极结构13中取代集成在阴极结构12中，防止了栅极15和发射尖端19之间的任何短路，并且允许获得更简单和很高可再生产 性的制造过程；
在栅极15和横向隔离件14之间的额外的绝缘层22以及栅极15的内部垂直侧面与绝缘层21的内部垂直侧面间隔开的事实显著地减少了泄露电流；和
在阳极结构13中的导电基板20和绝缘层21的厚度允许在阳极20和栅极15之间获得较小的寄生电容，并且因此可达到更高的操作频率。
最终，可对根据本发明的场发射真空管进行许多修改和改变，这些修改和改变都落入如有随附的权利要求所限定的本发明的范围内。
尤其是，本领域技术人员应当理解，根据本发明的场发射真空管的各个层的厚度和各个制造过程的各个步骤仅是表示性的，并且可根据具体需要进行改变。
Claims (12)
1.一种冷阴极三极型场发射真空管(11、11’)，包括：被分别地形成且通过***隔离件(14)被结合在一起的阳极结构(13)和阴极结构(12)；以及控制栅极(15)，所述控制栅极(15)集成在所述阳极结构(12)中；其中，所述阳极结构(13)包括：第一导电基板(20)；第一绝缘层(21)，形成在所述第一导电基板(20)和所述栅极(15)之间；第二绝缘层(22)，形成在所述栅极(15)和所述隔离件(14)之间；以及第一凹槽结构(23、24)，被形成以穿过所述第二绝缘层(22)、所述栅极(15)和所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；其中，所述第一凹槽结构(23、24)包括第一宽凹槽(23)，被形成以穿过所述第二绝缘层(22)和所述栅极(15)，以便暴露所述第一绝缘层(21)的表面；和第一窄凹槽(24)，被形成在所述第一宽凹槽(23)中以穿过所述第一绝缘层(21)以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；并且其中，所述第二绝缘层(22)被形成以覆盖在所述第一宽凹槽(23)中的所述栅极(15)的侧壁。
2.根据权利要求1所述的场发射真空管，其中，所述阴极结构(12)包括：第二导电基板(16)；形成在所述第二导电基板(16)上的第三绝缘层(17)；第三凹槽(18)，被形成以穿过所述第三绝缘层(17)，以便暴露所述第二导电基板(16)的表面；以及发射尖端(19)，被形成在所述第三凹槽(18)中且与所述第二导电基板(16)欧姆接触。
3.根据权利要求2所述的场发射真空管，其中，各个凹槽(18、23、24)被垂直地对齐，使得所述发射尖端(19)面向所述第一导电基板(20)的被暴露的表面，并且所述隔离件(14)布置在所述凹槽(18、23、24)的外面，使得所述凹槽(18、23、24)和所述发射尖端(19)布置在所述隔离件(14)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的场发射真空管，进一步包括：第二凹槽结构(51、52)，被形成以穿过所述第二绝缘层(22)、所述栅极(15)和所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；和吸气剂材料(47)，被形成在所述第二凹槽结构(51、52)中。
5.根据权利要求4所述的场发射真空管，其中，所述第二凹槽结构(51、52)包括：第二宽凹槽(51)，被形成以穿过所述第二绝缘层(22)和所述栅极(15)以便暴露所述第一绝缘层(21)的表面；和第二窄凹槽(52)，被形成在第二宽凹槽(51)中以穿过所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；并且，其中，所述吸气剂材料(47)布置在所述第二窄凹槽(52)中。
6.根据权利要求4所述的场发射真空管，其中，所述第一凹槽结构(23、24)通过隔离件(14)与所述第二凹槽结构(51、52)间隔开。
7.一种用于制造冷阴极三极型场发射真空管(11、11’)的方法，包括步骤：
分别形成阴极结构(12)和阳极结构(13)；
形成集成在所述阳极结构(12)中的控制栅极(15)；
通过***隔离件(14)将所述阴极结构(12)和所述阳极结构(13)结合在一起；
其中，所述形成阳极结构(13)的步骤，包括：
形成第一导电基板(20)；
在所述第一导电基板(20)和所述栅极(15)之间形成第一绝缘层(21)；
在所述栅极(15)和所述隔离件(14)之间形成第二绝缘层(22)；和
形成第一凹槽结构(23、24)，以穿过所述第二绝缘层(22)、所述栅极(15)和所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；
其中，所述形成第一凹槽结构(23、24)的步骤，包括：
形成第一宽凹槽(23)以穿过所述第二绝缘层(22)和所述栅极(15)以便暴露所述第一绝缘层(21)的表面；和
在所述第一宽凹槽(23)中形成第一窄凹槽(24)以穿过所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；
并且其中，所述第二绝缘层(22)被形成以覆盖所述第一宽凹槽(23)中的栅极(15)的侧壁。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述形成阴极结构(12)的步骤包括：
形成第二导电基板(16)；
在所述第二导电基板(16)上形成第三绝缘层(17)；
形成第三凹槽(18)以穿过所述第三绝缘层(17)，以便暴露所述第二导电基板(16)的表面；和
在所述第三凹槽(18)中形成发射尖端(19)且与所述第二导电基板(16)欧姆接触。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，各个凹槽(18、23、24)被垂直地对齐，使得所述发射尖端(19)面向所述第一导电基板(20)的被暴露的表面，并且，所述隔离件(14)被布置在所述凹槽(18、23、24)的外面，使得所述凹槽(18、23、24)和所述发射尖端(19)布置在所述隔离件(14)之间。
10.根据前述权利要求7至9中任一项所述的方法，进一步包括步骤：
形成第二凹槽结构(51、52)以穿过所述第二绝缘层(22)、所述栅极(15)以及所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；和
在所述第二凹槽结构(51、52)中形成吸气剂材料(47)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述形成第二凹槽结构(51、52)的步骤包括：
形成第二宽凹槽(51)以穿过所述第二绝缘层(22)和所述栅极(15)，以便暴露所述第一绝缘层(21)的表面；和
在所述第二宽凹槽(51)中形成第二窄凹槽(52)以穿过所述第一绝缘层(21)，以便暴露所述第一导电基板(20)的表面；
并且其中，所述吸气剂材料(47)形成在所述第二窄凹槽(52)中。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一凹槽结构(23、24)通过隔离件(14)与所述第二凹槽结构(51、52)分隔开。
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