• LFEDs
• Fowler-Nordheim
• DRIE
• Accelerometro
• Emettitori laterali

Com'è noto, con l'avvento delle tecnologie a semiconduttore, gli antichi dispositivi che ci portano agli albori dell'elettronica (quali valvole, triodi, ecc.) sono stati rapidamente sostituiti da BJT e MOS. I motivi principali che hanno portato alla sostituzione dei tubi a vuoto sono: riduzione dei consumi; dimensioni dei dispositivi; limiti sulla massima corrente che può essere iniettata dal catodo nel vuoto.
Gli intensi studi sull'elettronica del vuoto svolti negli ultimi anni hanno permesso la creazione di dispositivi che presentano numerosi vantaggi rispetto a quelli a semiconduttore. Grazie infatti alle tecniche di microlavorazione del silicio si è riusciti ad ottenere sorgenti di elettroni di dimensioni micrometriche rendendo quindi nuovamente interessante l'elettronica del vuoto. Questa tesi si concentrerà sui nuovi dispositivi microelettronici a vuoto che sono in grado di offrire un'alternativa a quelli a stato solido a giunzione, avendo caratteristiche confrontabili con quelle dei BJT e dei MOS, ma mantenendo, rispetto a questi ultimi, i vantaggi tipici dei componenti a vuoto, ed in particolare: assenza di dissipazione nel mezzo dato che il moto avviene nel vuoto; caratteristiche poco sensibili alla temperatura; robustezza rispetto alle radiazioni.

Tra le numerose applicazioni di questi dispositivi si possono citare: elementi attivi in circuiti integrati (diodi e triodi); sorgenti di ioni (utilizzate ad esempio nei motori ionici destinati al controllo di assetto dei satelliti artificiali e negli spettrometri di massa); tubi a microonde (Klistron e TWT); cannoni elettronici (utilizzabili nei microscopi elettronici a scansione e per la
litografia a fascio elettronico); displays (flat panels).

Il funzionamento di questi dispositivi si basa sulla teoria di Fowler-Nordheim; l'emissione di elettroni per effetto di campo si ha quando ad una superficie metallica si applica un forte campo elettrico in grado di estrarre elettroni per effetto tunnel.

Elemento fondamentale dei microemettitori ad effetto di campo è la superficie di emissione. La gran parte dei dispositivi emettitori è di tipo verticale, ossia con il fascio emesso ortogonale alla superficie del wafer, ma è possibile realizzare anche emettitori laterali. Questi ultimi, anche se più complessi tecnologicamente, permettono una maggiore flessibilità nella realizzazione.

Lo studio delle matrici di microemettitori ad effetto di campo trova un'applicazione nella realizzazione di un microaccelerometro MEMS. L'acronimo MEMS (Micro Electro Mechanical System) indica strutture miniaturizzate realizzate con tecniche di microlavorazione del silicio. Lo sviluppo di questa tecnologia ha dato un grosso impulso alla realizzazione di sensori inerziali con un alto grado d'integrazione, in quanto il sensore e il circuito di condizionamento sono presenti sullo stesso chip.

Una delle tecnologie usate per ottenere degli emettitori laterali (LFEDs) è quella di sfruttare i processi di attacco profondo del silicio, DRIE (Deep Reactive Ion Etching). La DRIE è una variante del Plasma Assisted Etching; in particolare la tecnica TMDE (Time multiplexed deep etching) sviluppata da Robert Bosch GmbH consiste nell'alternare flussi di plasma di SF6 (cicli di etching), e flussi di plasma C4F8 (cicli di passivazione). Durante i cicli di etching successivi al primo il film di passivazione è preferenzialmente rimosso dal fondo dello scavo grazie al bombardamento ionico. Al contrario, le pareti verticali non vengono intaccate. In questo modo lungo le pareti attaccate si formano delle smerlature sfruttando le quali si riescono ad ottenere le matrici di punte laterali.

In questa tesi viene presentato il progetto di microemettitori laterali ad effetto di campo da usare come elemento sensibile di un microaccelerometro. Le matrici di punte laterali sono progettate per essere realizzate con il processo THELMA messo a punto dalla STMicroelectronics. Questo processo di attacco profondo del silicio, con il quale vengono realizzati sensori inerziali e attuatori MEMS, è disponibile grazie alla collaborazione tra la STMicroelectronics e il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione della Facoltà d'Ingegneria dell'Università di Pisa.