DE69513994T2

DE69513994T2 - Verfahren zur herstellung eines minidimensionierten massenspektrometers

Info

Publication number: DE69513994T2
Application number: DE69513994T
Authority: DE
Inventors: Timothy Braggins; Carl Freidhoff; Joseph Kotvas; Robert Young
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: WO1996011493A1; CA2202059A1; EP0784862B1; DE69513994D1; US5492867A; JP3713558B2; EP0784862A1; CA2202059C; JPH10512997A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaserfassungssensor und insbesondere auf einen Festkörper-Massenspektrometer, welcher auf einem Halbleitersubstrat in Mikroform hergestellt ist, und dabei insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Festkörper-Massenspektrometers.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Verschiedene Geräte sind gegenwärtig erhältlich zum Bestimmen der Menge und der Art von Molekülen, welche in einer Gasprobe vorhanden sind. Ein solches Gerät ist das Massenspekuromerer.
Massenspektrometer bestimmen die Menge und die Art von Molekülen, welche in einer Gasprobe vorhanden sind durch Messen ihrer Massen und der Intensität von Ionensignalen. Dies wird erreicht durch Ionisieren einer kleinen Probe und anschließendes Anlegen von elektrischen und magnetischen Feldern um ein Ladungsmassenverhältnis des Tons zu ermitteln. Herkömmliche Massenspektrometer sind voluminöse Geräte, welche auf Arbeitstischen aufzustellen sind. Diese Massenspektrometer sind schwer (45 Kilo oder 100 amerikanische Pfund) und teuer. Ihr großer Vorteil ist, daß sie für jede Art von Teilchen verwendet werden können.
Ein anderes Gerät, welches zum Ermitteln der Menge und der Art von Molekülen verwendet wird, die in einer Gasprobe vorhanden sind, ist ein chemischer Sensor. Dieser kann für geringe Kosten erworben werden. Jedoch müssen diese Sensoren kalibriert werden, um in einer vorbestimmten Umgebung zu arbeiten und sie sind nur für eine beschränkte Anzahl von Chemikalien empfindlich. Deshalb muß in komplexem Um gebungen eine Vielzahl von Sensoren verwendet werden.
Die WO-A-95 12894, welche nur unter den Stand der Technik gemäß Art. 54(3) fällt, beschreibt ein auf einem Substrat hergestelltes Massenspektrometer, welches mittels Mikroverfahren hergestellt ist.
Die US-A-5,386,115, welche nach dem von der vorliegenden Erfindung beanspruchten Prioritätsdatum veröffentlicht worden ist, offenbart ein Festkörper-Massenspektrometern, welches auf einem Halbleitersubstrat realisiert werden kann. Fig. 1 veranschaulicht ein Funktionsdiagramm eines solchen Massenspektrometers 1. Dieses Massenspektrometer 1 ist in der Lage, gleichzeitig eine Vielzahl von Bestandteilen in einer Gasprobe zu erfassen. Das Probengas tritt durch das Staubfilter 3 in das Spektrometer ein, welches Verunreinigungen daran hindert, den Gasprobeneinlaß zu verstopfen. Dieses Probengas bewegt sich dann durch eine Probenöffnung 5 zu einem Gasionisierungsmittel 7, wo es mittels Elektronenbestrahlung oder aufgrund von energiereichen Teilchen aus nuklearen Zerfallsprozessen oder in einem durch eine Radiofrequenz erzeugten Plasma ionisiert wird. Die Ionenoptik 9 beschleunigt und fokussiert die Ionen durch ein Massenfilter 11. Das Massenfilter 11 übt ein starkes elektromagnetisches Feld auf den Ionenstrahl aus. Massenfilter, welche überwiegend magnetische Felder verwenden, scheinen für ein minituarisiertes Massenspektrometer am besten geeignet zu sein, da das benötigte magnetische Feld von ungefähr 1 Tesla (10 000 Gauss) in einem kompakten Aufbau mit einem Permanentmagneten leicht erreicht wird. Ionen des Probengases, welche auf dieselbe Energie beschleunigt worden sind, legen kreisförmige Bahnen zurück, wenn sie in dem Massenfilter 11 einem homogenen Magnetfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ionen ausgesetzt werden. Der Radius des Bahnbogens hängt von dem Verhältnis der Masse zur Ladung des Tons ab. Das Massenfilter 11 ist bevorzugterweise ein Wien-Filter, in welchem gekreuzte elektrostatische und magnetische Felder einen nach konstanten Geschwindigkeiten gefilterten Ionenstrahl 13 erzeugen, in welchem die Ionen gemäß ihrem Massen/Ladungsverhältnis in einer Verteilungsebene verteilt sind, bei der es sich um die Ebene in der Fig. 1 handelt.
Eine Vakuumpumpe 15 erzeugt im Massefilter 11 ein Vakuum, um eine kollisionsfreie Umgebung für die Ionen bereitzustellen. Dieses Vakuum wird benötigt, um Fehler in den Trajektorien der Ionen aufgrund solcher Kollisionen zu vermeiden.
Der massengefilterte Ionenstrahl wird in einem Ionendetektor 17 gesammelt. Bevorzugterweise ist der Ionendetektor 17 eine lineare Anordnung von Detektorelementen, welche die gleichzeitige Erfassung einer Vielzahl von Bestandteilen des Probengases ermöglicht. Ein Mikroprozessor 19 analysiert die Ausgabe des Detektors, um die chemische Zusammensetzung des Probengases basierend auf wohlbekannten Algorithmen zu ermitteln, welche die Geschwindigkeit der Ionen und ihre Masse miteinander verknüpfen. Die Ergebnisse der Analyse des Mikroprozessors 19 werden auf ein Ausgabegerät 21 gegeben, welches eine Alarmvorrichtung umfassen kann, eine lokale Anzeige, einen Sender und/oder Datenspeicher. Die Anzeige kann die bei 21 in Fig. 1 gezeigte Form aufweisen, bei welcher die Bestandteile des Probengases identifiziert werden durch die Linien, welche in atomaren Masseneinheiten (AMU) gemessen werden.
Bevorzugterweise wird das Massenspektrometer 1, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem Halbleiterchip 23 realisiert. Bei dem bevorzugten Spektrometer 1 ist ein Chips 23 ungefähr 20 mm lang, 10 mm breit und 0,8 mm dick. Der Chip 23 umfaßt ein Substrat aus Halbleitermaterial, welches in zwei Hälften 25a und 25b geformt ist, welche längs sich in Längsrichtung erstreckenden Teilungsebenen 27a und 27b miteinander verbunden sind. Die beiden Substrathälften 25a und 25b bilden an ihren Teilungsebenen 27a und 27b eine längliche Kavität 29. Diese Kavität 29 weist einen Einlaßbereich 31, einen Gasionisierungsbereich 33, einen Massenfilterbereich 35 und einen Detektorbereich 37 auf. Eine Anzahl von Unterteilungen 39, welche in dem Substrat ausgeformt sind, erstrecken sich über die Kavität 29, um Kavitäten 41 auszubilden. Diese Kavitäten 41 sind durch ausgerichtete Öffnungen 43 in den Unterteilungen 39 in einer Hälfte 25a verbunden, welche die Bahn des Gases durch die Kavität 29 festlegen. Die Vakuumpumpe 15 ist mit einer jeden der Kavitäten 41 durch Quergänge 45 verbunden, welche in den sich gegenüberliegenden Ebenen 27a und 27b ausgebildet sind. Diese Anordnung ermöglicht ein differenziertes Abpumpen der Kammer 41 und ermöglicht es, die in den Massenfiltern und den Detektorbereichen benötigten Drücke mit einer miniaturisierten Vakuumpumpe zu erreichen.
Der Einlaßbereich 31 der Kavität 29 ist mit einem Staubfilter versehen, welcher aus porösen Silizium oder einem gesinterten Metall bestehen kann. Der Einlaßbereich 31 umfaßt mehrere der mit Öffnungen versehenen Unterteilungen 39 und somit verschiedene Kavitäten (Kammern) 41. Die Miniaturisierung des Massenspektrometers 1 bewirkt verschiedene Schwierigkeiten bei der Herstellung eines solchen Geräts. Deshalb be steht ein Bedürfnis nach einem Verfahren zum Herstellen eines miniaturisierten Massenspektrometers.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörper-Massenspektrometers zum Analysieren einer Gasprobe bereitgestellt bei dem eine Vielzahl von zueinander korrespondierenden Kavitäten in einem Substrat gebildet werden. Jede der Kavitäten bildet eine Kammer, in der ein anderer Teil des Massenspektrometers bereitgestellt ist. Eine Vielzahl von Öffnungen wird zwischen den jeweiligen Kavitäten gebildet, so daß ein Verbindungsgang zwischen allen Kammern gebildet wird. Eine dielektrische Schicht wird in den Kavitäten bereitgestellt, um als Trennwand zwischen dem Substrat und und den Elektroden zu dienen, die später in der Kavität abzuscheiden sind. Ein Ionisierungsmittel wird in einer der Kavitäten bereitgestellt und ein Ionenerfassungsmittel in einer anderen der Kavitäten. Das ausgebildete Substrat wird in einem Schaltungsträger (Leiterplatte), welcher Schnittstellen- oder Regelelektronik für das Massenspektrometer enthält, ausgebildet oder damit verbunden. Bevorzugterweise wird das Substrat in zwei Hälften ausgebildet und die Kammern werden in korrespondierender Weise in einer jeden der Substrathälften ausgebildet. Die Substrathälften werden dann miteinander verbunden, nachdem die Bauteile darin angebracht worden sind.

Kurze Figurenbeschreibung

Ein Gesamtverständnis der Erfindung kann auf Grundlage der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erzielt werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren gelesen wird.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Funktionsdiagramm eines Festkörpermassenspektrometers, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht der beiden Hälften des Massenspektrometern, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt worden und gedreht worden ist, um den inneren Aufbau zu zeigen;
Fig. 3a und 3b eine schematische Seitenansicht und eine Draufsicht eines Elektronenemitters, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Teil des in Fig. 2 gezeigten Massenspektrometers;
Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Massenspektrometers im Zusammenwirken mit einem Schaltungsträger und mit einem Permanentmagneten;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt des in Fig. 2 gezeigten Massenspektrometers.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Schlüsselkomponenten des Massenspektrometers 1 sind durch die Kombination von Technologien aus dem Bereich der mikroelektronischen Vorrichtungen und Mikrobearbeitung in erfolgreicher Weise miniaturisiert und in Silizium ausgebildet worden. Die dramatischen Reduktionen bezüglich der Größe und des Gewichts, welche aus dieser Entwicklung resultieren, ermöglichen es, einen handgehaltenen chemischen Sensor mit der vollen Funktionalität eines Labor-Massenspektrometers herzustellen.
Das bevorzugte Herstellverfahren verwendet eine bilithische Integration, wobei die Komponenten des Massenspektrometers 1 aus zwei separaten Siliziumwafern hergestellt werden, welche in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 25a und 25b gezeigt sind, die zusammengefügt werden, um die komplette Vorrichtung zu ergeben. Alternative Vorgehensweisen zum Einfügen der wichtigsten Siliziummikroelektronikkomponenten in Strukturen, welche unter Verwendung moderner elektronischer Verpackungstechniken und Materialien hergestellt worden sind, wie z. B. LTCC, FOTOFORM-Glas und LIGA können ebenfalls verwendet werden.
Die wesentlichen Halbleiterkomponenten des Massenspektrometers 1 sind der Elektronenemitter 49 für die Ionisierungsmittel 7 und das Ionendetektorfeld 17. Die ande ren Komponenten verwenden dünne Filmisolationselektrodenmuster, welche aus anderen Materialien ebenso wie Silizium geformt werden können.
Die Fig. 3a und 3b zeigen den Elektronenemitter 49 mit einem flachen p-n-Übergang 51, welcher durch ein flaches n++-Implantat 53 ausgebildet wird, das auf einem p+-Substrat 55 angebracht wird. Eine n+-Diffusionszone 57 ist im Substrat 55 vorgesehen. Eine Öffnung 59 ist in dem Diffusionsbereich 57 vorgesehen, in welchem ein optionales Implantat bestehend aus p+-Bor und einem n++-Implantat aus z. B. Antimon vorgesehen ist. Der Elektronenemitter 49 emittiert Elektronen von einer Oberfläche während des Zusammenbruchs beim Betrieb in Sperrrichtung. Die emittierten Elektronen werden von der Siliziumoberfläche durch eine entsprechende Spannungsbeaufschlagung des Gate 63 beschleunigt, welches auf der Gateisolierung 65 angebracht ist, und einer Kollektorelektrode, welche auf der oberen Hälfte der Ionisationskammer angebracht ist.
Fig. 4 zeigt das Detektorfeld 17 mit MOS-Kapazitäten 67, welche durch ein MOS-Schalterfeld 69 oder durch ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD = charged coupled devices) 69 ausgewiesen werden. Das Detektorfeld 17 ist mit einem Feld von Faraday- Töpfen verbunden, welche aus einem Paar von Faraday-Topfelektroden 71 gebildet werden, die die Ionenladung 73 sammeln.
Das Innere des miniaturisierten Massenspektrometers 1, welches einen bilithischen Aufbau zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind die dreidimensionale Geometrie der verschiedenen Teile des Massenspektrometern 1 zusammen mit der Anbringung des Ionisierungsmittels 7 und des Detektorfelds 17 gezeigt. Bevorzugterweise besteht das Massenspektrometer 1 aus Silizium. Alternativ kann eine Hybridvorgehensweise angewandt werden, bei welcher die Ionisierungsmittel 7 und das Detektorfeld 17 in eine Struktur eingesetzt werden, welche aus einem anderen Material hergestellt worden ist, die die nichtelektronischen Bauteile des Geräts umfaßt.
Wie in Fig. 5a gezeigt, sind das Oberteil 25a und das Unterteil 25b der bilithischen Struktur 75 zusammengefügt und mit einer Platte 77, welche die Regel- und Schnittstellenelektronik umfaßt, verbunden. Diese Platte 77 wird dann in den Permanentmagneten 79 eingefügt, wie in Fig. 5b gezeigt. Die elektronischen Schaltungen können auch monolitisch integriert sein mit dem aus Silizium bestehenden Massenspektrometeraufbau oder können in einer Hybridweise mit entweder einem Hybridmas senspektrometer oder einer vollständig aus Silizium bestehenden Massenspektrometernstruktur verbunden sein.
Ein Querschnitt des vollständig aus Silizium bestehenden Massenspektrometers 1 ist in Fig. 6 gezeigt. Das Oberteil 25a und das Unterteil 25b bestehen aus Silizium und sind bevorzugterweise durch Indiumhöcker und/oder Epoxid verbunden, welches nicht gezeigt ist. Der erste Schritt bei der Herstellung des aus Silizium bestehenden Massenspektrometers 1 ist das Ätzen von Ausrichtungsmarkierungen im Siliziumsubstrat 25. Dies sorgt für eine richtige Ausrichtung der geätzten Geometrien mit der kubischen Struktur des Siliziumsubstrats 25. Nachdem die Ausrichtungsmarkierungen geätzt worden sind, werden die Hauptkammern durch Ätzen von 40 um tiefen Tälern in einer jeden Hälfte 25a und 25b des Siliziumsubstrats 25 festgelegt. Diese Täler werden unter Verwendung eines anisotropen Ätzmittels geätzt, wie z. B. Kaliumnitroxid-Ätzmittel oder Äthylendiaminpyrocatechol (EDP). Nachdem die tiefen Täler für die Kammern ausgebildet worden sind, werden die Öffnungen zwischen den Kavitäten durch Ätzen von 10 um tiefen Strukturen gebildet. Diese Öffnungen werden ebenfalls mit dem anisotropen Ätzmittel geätzt.
Nachdem der Haptätzvorgang beendet ist, wird ein Oxidwachstum und anschließendes Ätzen durchgeführt, um scharfe Kanten auszurunden, um beim Metallisationsprozeß behilflich zu sein. Durch einen anderen Oxidauftrag wird das Dielektrikum 81 ausgebildet, welches die Substrathälften 25a und 25b von den Elektroden 83 trennt. Eine n+-Diffusionsschicht 57, welche oben beschrieben und in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist, wird in das Substrat 25 diffundiert, um die Ionisierungsmittel 7 festzulegen. Das Dielektrikum des Ionisationsgates wird dann durch Abscheiden einer Schicht eines Dielektrikums, wie z. B. Nitrid oder Oxid, ausgebildet. Ein Antimonimplantat wird dann bereitgestellt, um den Emissionsübergang der Ionisierungsmittel festzulegen. Die optionale Bor-p+-Schicht 61 kann implantiert werden, um den flachen p-n-Übergang 61 besser festzulegen.
Nachdem die Ionisierungsmittel ausgebildet worden sind, können die Ionisierungsmittel und die Zwischenverbindung durch Abscheiden einer 50 nm (500 Angstrom)- Schicht aus Chrom metallisiert werden, gefolgt vom Abscheiden einer 500 nm (5000 Angstrom)-Schicht aus Gold. Eine Passivierung des Ionisierungsmittels wird erzielt durch Abscheiden einer 10 nm (100 Angstrom)-Schicht aus Gold oder einem anderen passenden Material.
Eine 5 um Schicht aus Indium kann auf die beiden Substrathälften 25a und 25b aufgedampft werden, um die Indiumhöcker auszubilden. Die Substrathälften 25a und 25b können dann verbunden und in einer hermetischen Abdichtung 85 eingekapselt werden.
Die verwendeten Verfahren lassen sich in einer jeglichen Herstellungsstätte für mikroelektronische Erzeugnisse finden, mit Ausnahme des Aufsprühens eines Resistmaterials, welches notwendig ist, um die nichtplanare Geometrie gleichförmig zu bedecken, und der photolithographischen Technologien, welche verwendet werden, um einen Elektronenemitter und Elektrodenstrukturen am Boden der 40 um-Täler auszubilden.
Die in Fig. 2 gezeigten Strukturen, mit Ausnahme der Ionisierungsmittel 7 und des Ionendetektors 17, können durch eine Vielzahl anderer Verfahren hergestellt werden, wobei die Ionisierungsmittel 7 und der Ionendetektor 17 in einer Hybridweise eingefügt werden. Bekannte Technologien für diese Herstellung umfassen mechanische Vorgehensweisen, bei denen metallische oder keramische Strukturen ausgebildet werden. Die minimalen Abmessungen für mechanisch geformte Geometrien liegen in der Größenordnung von 25 um (0,001"), was nur einen Faktor 2 größer ist als die 10 um Breite der Ionenoptikapertur, welche in dem vollständig aus Silizium bestehenden Gerät verwendet werden. Damit ist es möglich, ein Hybridmassenspektrometer herzustellen, das vielleicht ein paar Mal größer ist als das vollständig aus Silizium bestehende Spektrometer 1, das aber immer noch viele Male kleiner ist als ein herkömmliches Labor-Massenspektrometer. Funkenerosions- oder EDM-Technologien können verwendet werden, um die 25 um großen Strukturen zu vernünftigen Kosten aus Metall herzustellen. Dielektrische Isolationsschichten sind erforderlich, um die Elektroden in den Ionisierungsmitteln, dem Massenfilter und den Faraday-Topfflächen vom Metall zu isolieren.
Die Herstellung der Massenspektrometerstrukturen aus Dielektrika, wie Plastik oder Glas, ist attraktiv, da eine Anzahl von Isolationsschichten eliminiert werden können. Da Silizium ein Halbleiter mit niedrigem Widerstand ist, werden verschiedene dielektrische Schichten in dem vollständig aus Silizium bestehenden Massenspektrometer verwendet, um ein Erden der Elektroden zu vermeiden. LIGA kann verwendet werden, um eine Form für ein Kunststoff bereitzustellen, um als Dielektrikum mit den erforderlichen mechanischen und Vakuumeigenschaften zu dienen. Alternativ kann ein UV-sensitives Glas, wie z. B. das von Corning Inc. unter der Marke FOTOFORM herge stellte Glas, als Dielektrikum verwendet werden.
LIGA und quasi-LIGA-Verfahren sind entwickelt worden, um Strukturen mit einem hohen Seitenverhältnis (> 100 : 1) von einer Breite im Mikrometerbereich in Photoresist oder anderen Kunststoffmaterialien, wie z. B. Plexiglas, mittels photolithographischer Verfahren bereitzustellen, bei denen Synchrotronstrahlung oder Kurzwellen-LTV verwendet werden. Dies ist gegenwärtig ein teures Verfahren, aber wenn einmal eine genaue Form hergestellt ist, können viele Strukturen zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Elektroden- und die Zwischenverbindungsmetallisierungen können durch Photolithographie festgelegt werden, wie in dem Falle, wenn ausschließlich Silizium verwendet wird.
UV-sensitive Gläser werden geformt unter Verwendung von photolithographischen Technologien und können typische Größenordnungen bis hinab zu 25 um erzielen mittels Maskieren, UV-Behandlung und Ätztechniken, welche ähnlich sind zu den bei der Halbleiterherstellung verwendeten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Festkörper-Massenspektrometers (1) zum Analysieren einer Gasprobe, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Bilden einer Vielzahl von Kavitäten (41) in einem Substrat (25), wobei eine jede Kavität eine Kammer bildet;

b) anschließend Bilden einer Vielzahl von Öffnungen (43) zwischen allen Kavitäten, um einen Verbindungsgang zwischen allen Kavitäten zu schaffen;

c) anschließend Bereitstellen einer dielektrischen Schicht (81) innerhalb von zumindest einer der Kavitäten;

d) Bereitstellen eines Ionisierungsmittels (7) in zumindest einer der Kavitäten; und

e) Bereitstellen eines Ionenerfassungsmittels (17) in zumindest einer der Kavitäten.

2. Verfahren zum Herstellen eines Festkörper-Massenspektrometers (1) zum Analysieren einer Gasprobe, welches die folgenden Schritte umfaßt:

a) Bereitstellen einer Vielzahl von zueinander korrespondierenden Kavitäten in einer jeden Substrathälfte in einem Paar von Substrathälften (25a, 25b), wobei ein jedes korrespondierende Paar von Kavitäten eine Kammer (41) bildet;

b) anschließend Bilden einer Vielzahl von korrespondierenden Öffnungen zwischen den jeweiligen Kavitäten in der Substrathälfte, so daß korrespondierende Öffnungen einen Verbindungsgang (43) zwischen allen Kammern bilden;

c) anschließend Bereitstellen einer dielektrischen Schicht (81) in zumindest einer der Kavitäten;

d) Bereitstellen eines Ionisierungsmittels (7) in zumindest einer der Kavitäten;

e) Bereitstellen eines Ionenerfassungsmittels (I7) in zumindest einer der Kavitäten:

f) anschließendes Zusammenfügen der beiden Substrathälften (25a, 25b).

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die beiden Substrathälften miteinander verbunden sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat oder eine Substrathälfte ein Halbleitersubstrat ist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiterhin einen Schritt umfaßt zum Bereitstellen des Substrats oder der Substrathälften in einem Schaltungsträger (77), wobei der Schaltungsträger (77) elektronische Mittel umfaßt zum Anschließen und zum Steuern des Ionisationsmittels und des Ionenerfassungsmittels.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches weiterhin einen Schritt umfaßt zum Bereitstellen des Schaltungsträgers in einem Permanentmagneten (79).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Kavitäten und die Vielzahl von Öffnungen in dem Substrat oder einer Substrathälfte durch Ätzen hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Substrat oder die Substrathälfte aus Silizium gebildet wird und ein anisotropes Ätzmittel zum Ätzen verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das anisotrope Ätzmittel entweder Kaliumhydroxid oder Ethylendiamin-Pyrocatechol ist.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiterhin einen Ausgangsschritt umfaßt, bei dem Ausrichtungsmarkierungen in dem Substrat oder einer Substrathälfte eingeätzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 4 oder einem der Ansprüche 5 bis 10, sofern von Anspruch 4 abhängig, wobei die Ionisationsmittel (7) gebildet werden durch:

a) Diffundieren einer n+-Schicht (57) in einer der Vielzahl von Kavitäten;

b) Implantieren einer Schicht aus Antimon zum Festlegen eines emittierenden Übergangs der Ionisationsmittel; und

c) Abscheiden einer dielektrischen Schicht zum Bilden eines Ionisations- Gate-Dielektrikums.

12. Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin folgenden Schritt umfaßt:

d) Implantieren einer Bor p+ Schicht (61) zum Festlegen eines flachen p-n- Übergangs (51);

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, welches weiterhin die folgenden Schritte umfaßt:

e) Metallisieren der Ionisationsmittel durch Abscheiden einer Chromschicht gefolgt von einer Goldschicht;

f) Passivieren der Ionisationsmittel durch Abscheiden einer Goldschicht.