[发明专利]金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极及其制作方法

权利要求书

1、一种金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极，其特征在于，包括基片、底电极、电阻层、发射极、支撑墙、绝缘层、栅极以及聚焦极，在基片上面首先有底电极层，底电极层上表面有一层电阻层，金属和碳纳米管或碳纤维的复合薄膜沉积在电阻层上作为发射极，底电极从其上表面俯视在平面方向具有图形化结构，在其间隙部位设有支撑墙结构，在支撑墙的上表面上设置绝缘层，而栅极结构悬空制作在绝缘层上，聚焦极在整体结构的最上层，上述的结构层都经过图形化处理。

2、根据权利要求1所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极，其特征是，所述栅极结构是圆形孔、方形孔、多边形孔以及不规则图形孔，其中栅极孔之间的线条宽度为1μm～1000μm，栅极孔尺寸为1μm～5000μm。

3、根据权利要求1所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极，其特征是，所述聚焦极具有倾斜表面，其中倾斜表面相对于基片表面的倾斜角度在5°～50°之间。

4、根据权利要求1所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极，其特征是，所述的电阻层，是多晶硅薄膜，其电阻率值为100Ωcm～2000Ωcm。

5、根据权利要求1所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极，其特征是，所述的金属和碳纳米管或碳纤维复合薄膜，其中金属材料是Zn、Ag、Cu、Ni金属单质或合金中一种，而纳米管则包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米碳纤维中的至少一种。

6、一种如权利要求1所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极的制作方法，其特征在于按照以下步骤进行：

A，在基片上沉积金属种子层，厚度在200～1000之间；

B，在A所得种子层上旋涂光刻胶，厚度在2μm～5μm之间，利用光刻工艺将其图形化，形成底电极图形化阵列；

C，使用电镀工艺在图形化的底电极阵列上电镀底电极金属，厚度在1μm～5μm之间；去除光刻胶，形成底电极阵列结构；

D，在C得到的结构上溅射多晶硅薄膜，厚度在50nm～3000nm之间；

E，重复B中的旋涂光刻胶和光刻图形化工艺，光刻胶厚度在2μm～5μm之间，在D中所溅射的多晶硅薄膜上形成电阻层图形化阵列，采用反应离子刻蚀刻蚀多晶硅薄膜，去除光刻胶，形成电阻层结构；

F，重复B中的旋涂光刻胶和光刻图形化工艺，光刻胶厚度在2μm～5μm之间，在E中所形成的电阻层结构上形成发射极图形化阵列，采用碳纳米管或碳纤维和金属的复合电镀工艺电镀复合薄膜，厚度在1μm～10μm之间，去除光刻胶，形成发射极结构；

G，重复B中的旋涂光刻胶和光刻图形化工艺，光刻胶厚度在10μm～30μm之间，在通过A～F形成的包含底电极、电阻层以及发射极结构的基片上形成支撑墙阵列结构，电镀支撑墙金属，保留光刻胶，采用水砂纸磨平表面；

H，在G中磨平的支撑墙金属和光刻胶表面溅射种子层，并重复B中的旋涂光刻胶和光刻图形化工艺，光刻胶厚度在2μm～5μm之间，形成栅极图形化阵列，电镀栅极金属，保留光刻胶，采用水砂纸磨平表面；

I，在H中磨平的栅极金属和光刻胶表面溅射种子层，并重复B中旋涂光刻胶和光刻胶图形化工艺，光刻胶厚度在10μm～30μm之间，光刻工艺采用过曝光工艺，形成具有倾斜截面的聚焦极图形化阵列，电镀聚焦极金属；

J，去除在G、H和I步骤中保留的光刻胶牺牲层，释放微结构。

7、根据权利要求6所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极的制作方法，其特征是，所述发射极为金属和碳纳米管或碳纤维的复合电镀薄膜，其中金属锌、银、铜、镍金属单质或合金中一种，纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米碳纤维中的至少一种，复合薄膜表层密集分布了根植于金属基体之中并有部分裸露在外的碳纳米管或碳纤维，形成场发射中的发射源。

8、根据权利要求6所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极的制作方法，其特征是，所述金属种子层材料是Au、Cu、Cr、Ni、Ti中的一种，或者是上述任意两种金属的复合沉积层。

9、根据权利要求6所述的金属和碳纳米管或碳纤维薄膜发射阵列阴极的制作方法，其特征是，所述的支撑墙、栅极以及聚焦极材料是Cu、Ni、Sn、Bi中一种。