[發明專利]自對準聚焦結構的納米線冷陰極電子源陣列及其制作方法

有效

• 申請號: 201610542509.8
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106158551B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 陳軍;趙龍;劉垣明;陳道坤;鄧少芝;許寧生;佘峻聰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司44100
• 代理人: 林玉芳,華輝

1.一種自對準聚焦極結構可逐行尋址的納米線冷陰極電子源陣列結構，其特征在于所述結構包括：

a)襯底；

b)制作在該襯底上且平行排列的底部陰極電極條和底部柵極電極條；

c)覆蓋在上述底部陰極電極條及底部柵極電極條上的絕緣層，所述絕緣層上制作有使底部陰極電極條及底部柵極電極條局部裸露且相互不連通的刻蝕通孔陣列；

d)制作于絕緣層上的圓形頂部陰極電極，所述頂部陰極電極繞刻蝕通孔開口一周且與底部陰極電極條連接；

e)制作在絕緣層上且位于圓形頂部陰極電極周圍的環形頂部柵極電極，所述環形頂部柵極通過刻蝕通孔與該底部柵極電極條連接；

f)制作在絕緣層上且位于頂部柵極電極外側四周的聚焦極電極；

g)制作在頂部陰極電極上的納米線冷陰極陣列。

2.根據權利要求1所述的納米線冷陰極電子源陣列結構，其特征在于：所述制作在每一頂部陰極電極上的納米線冷陰極整體形狀為圓形，且該納米線冷陰極中心部分位于刻蝕通孔底部的納米線低于制作在刻蝕通孔開口周圍的納米線，用以降低器件的二極效應。

3.一種權利要求1所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于包括以下步驟：

a)清潔襯底；

b)在襯底上制作平行排列的底部陰極電極條和底部柵極電極條；

c)在上述底部陰極電極條及底部柵極電極條上覆蓋一層絕緣層；

d)刻蝕絕緣層，制作分別位于底部陰極電極條及底部柵極電極條上的刻蝕通孔陣列；

e)在上述刻蝕通孔上分別制作頂部陰極電極及頂部柵極電極，并在絕緣層上制作位于頂部柵極電極外側四周的聚焦極電極，該頂部陰極電極為圓形且與底部陰極電極條相連，該頂部柵極電極為環形且與底部柵極電極條相連，所述頂部柵極電極位于頂部陰極電極外側；

f)在頂部陰極電極上定域制作生長源薄膜陣列；

g)采用直接熱氧化法從生長源薄膜陣列上生長得到納米線冷陰極陣列。

4.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述步驟f)中，在制作生長源薄膜陣列之前，先在頂部陰極電極上定域制作過渡層薄膜以提高生長源薄膜的粘附性能。

5.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：步驟g)所述直接熱氧化法是指，將經過步驟a)～f)加工處理過的結構，在含氧的氣氛下加熱至200～650℃，保溫0.5～12小時之后自然冷卻。

6.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述頂部陰極電極、頂部柵極電極以及聚焦極電極采用一步光刻構圖工藝制作而成，以實現電極之間的自對準。

7.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述底部陰極電極條和/或底部柵極電極條由Cr、Al、Ti、W、Mo、Ni、ITO中的任一種材料制得；該底部陰極電極條及底部柵極電極條的厚度范圍為100nm～150nm。

8.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述絕緣層厚度為1.5μm～2μm，其由二氧化硅、氮化硅或氧化鋁中的任意一種或其組合材料制成，制備絕緣層的方法包括電子束蒸發方法和等離子體增強化學氣相沉積方法。

9.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述頂部陰極電極、頂部柵極電極以及聚焦極電極由導電性能良好的ITO、AZO中任一種材料制得。

10.根據權利要求3所述的納米線冷陰極電子源陣列結構的制作方法，其特征在于：所述制作生長源薄膜的材料為鎢、鋅、銅、鐵、鉬、鈦、鉻或鎳中的任意一種，且生長源薄膜在熱氧化過程中無需使用催化劑。