[發(fā)明專利]一種雙柵控制式冷陰極電子槍及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810935160.3
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109065428B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁學(xué)松;陳青云;鄢揚(yáng);王彬;李海龍;蒙林
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01J23/06
• 分類號: H01J23/06;H01J3/02;H01J19/24
• 代理公司: 成都頂峰專利事務(wù)所(普通合伙) 51224
• 代理人: 何紅信

本發(fā)明涉及真空電子器件技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種雙柵控制式冷陰極電子槍及其制備方法。通過本發(fā)明創(chuàng)造，提供了一種工藝簡單、使用壽命長和性能優(yōu)良的新型電子槍，即采用冷陰極作為真空電子器件的發(fā)射源，并利用陰極柵網(wǎng)陣列化冷陰極表面，可有效削弱大面積冷陰極材料發(fā)射電子的靜電屏蔽效應(yīng)，提高大面積冷陰極材料的發(fā)射電流，同時將陰極襯底表面設(shè)計為一整個平面，不但可規(guī)避加工毛刺等問題，改善邊緣效應(yīng)及打火等現(xiàn)象，還可以使陰極襯底表面的電場分布較為平坦，有利于提高發(fā)射電流密度的均勻性，實(shí)現(xiàn)大電流發(fā)射目的，進(jìn)而可適用于真空電子輻射元器件或產(chǎn)生大電流及高密度電子注的器件中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于真空電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙柵控制式冷陰極電子槍及其制備方法，可適用于真空電子輻射元器件或產(chǎn)生大電流及高密度電子注的器件中。

背景技術(shù)

場致電子發(fā)射是與熱電子發(fā)射在性質(zhì)上完全不同的一種電子發(fā)射形式。熱電子發(fā)射是靠升高物體的溫度，給予物體內(nèi)部的電子以附加的能量，使一些高能電子能夠越過物體表面上的勢壘而逸出，熱電子發(fā)射所能提供的電流密度最高不過幾百A/cm²，而且還有一段時間的遲滯；但即使把金屬加熱到發(fā)生顯著蒸發(fā)的高溫，能夠逸出的電子數(shù)也只占金屬中自由電子數(shù)的極小一部分，提供給陰極的熱能絕大部分以熱輻射的形式消耗掉了，這種熱的耗散還給使用熱陰極的電子器件以及整個儀器設(shè)備都帶來不少的麻煩。場致電子發(fā)射的原理不同，它并不需要供給固體內(nèi)的電子以額外的能量，而是靠很強(qiáng)的外部電場來壓抑物體表面的勢壘，使勢壘的高度降低并使勢壘的寬度變窄。由此，物體內(nèi)的大量電子就能穿透過表面勢壘而逸出，場致發(fā)射陰極可以提供10⁷A/cm²以上的電流密度，沒有發(fā)射的時間遲滯。所以，冷陰極由于電子發(fā)射效率高，可控性強(qiáng)，響應(yīng)快和能夠?qū)崿F(xiàn)大面積電子發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，在真空微電子器件上有重要應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)中，場致發(fā)射電子源主要采用Spindt-type式的場致發(fā)射結(jié)構(gòu)，Spindt-type式的場發(fā)射電子源為三極結(jié)構(gòu)，包括陰極、陽極和柵極，柵極位于陰極和陽極中間，柵極產(chǎn)生強(qiáng)電場從陰極基底拉出電子，通過陰極發(fā)射體的傳導(dǎo)，在陽極電壓的加速和聚焦電壓聚焦作用下發(fā)射聚束電子饋入注波互作用腔或其他器件中。但在陰極發(fā)射尖錐的制備過程中，在襯底基片上大量集成包含微發(fā)射體錐尖，由于發(fā)射體錐尖是μm量級，尺寸非常的小，制備工藝復(fù)雜，在保證單根發(fā)射體錐尖發(fā)射電子理想的情況下，卻難以保證大量的發(fā)射體錐尖尺寸形狀一致，從而影響了電子發(fā)射的效率以及陰極發(fā)射體的壽命。同時由于絕緣層的存在，易混入雜質(zhì)且降低了陰極的耐壓性，影響陰極的正常工作。

在公開號為CN 102709133 A的專利文件中公開了《一種具有嵌入式電極的冷陰極電子源陣列及其制作方法和應(yīng)用》，該專利中的嵌入式電極的冷陰極電子源也是采用了Spindt-type式的場發(fā)射結(jié)構(gòu)。該冷陰極在襯底上刻蝕出具有陰極電極條圖案的刻蝕槽；接著在刻蝕槽上制作陰極電極條；然后在陰極電極條上沉積絕緣層薄膜；再在絕緣層薄膜上制作與陰極電極條垂直的柵極電極條；接著對絕緣層薄膜進(jìn)行刻蝕；露出陰極電極條；然后在特定局域制作生長源薄膜；最后對基板進(jìn)行熱氧化，即得到以納米線作為陰極材料的具有嵌入式電機(jī)結(jié)構(gòu)的電子源陣列。該專利技術(shù)的制作過程十分復(fù)雜，同時，還涉及到等離子體刻蝕、化學(xué)氣相沉積、磁控濺射、電子束蒸發(fā)等多種工藝；由于該嵌入式電極的冷陰極電子源陣列在微米量級，尺寸非常小，電子源陣列在這種復(fù)雜的工藝下，勢必會造成冷陰極發(fā)射單元以及柵極的一致性較差，良品率低，其單一發(fā)射單元出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致周圍多個乃至整體的冷陰極發(fā)射單元無法產(chǎn)生電流或發(fā)射電流不均勻。則柵極在制作中也極易造成不均勻和混入雜質(zhì)，就會使電子打到柵網(wǎng)上造成局部的發(fā)射電流過大，局部發(fā)熱，使得器件極易損壞，影響冷陰極電子源陣列的使用壽命。