[发明专利]基于纳米孔的电子束场发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体而言，涉及一种基于纳米孔的电子束场发射装置。

背景技术

采用各种粒子束（包括光子、离子、电子、原子）进行材料的加工或图形化是现代微纳米加工的基本思路。目前集成电路技术已经进入纳米领域，32nm工艺技术已经在实际中得到广泛的应用，在传统光刻、电子束加工等领域赶超世界先进技术视乎越来越困难。传统紫外线光学光刻由于其性能稳定、技术成熟、成本低的特点，一直是加工技术的主流，但当进入深纳米级后，由于固有的波长衍射极限的限制，已达到其光刻能力的极限。虽然通过波前工程、浸没式、两次曝光等技术方法，使其光刻能力有一定程度的提升，但面对的问题终将不可避免，极紫外光刻最终会取代这一技术。由于极紫外光刻系统中需要引进一系列新技术，包括光源、光学系统、掩膜、材料等，使设备的拥有成本将非常高，很难得到大规模的应用，这也是该技术不断推迟的原因。

电子束曝光一直是纳米加工的重要技术手段，通常采用的是直写电子束曝光方式，因此很难大规模批量或生产中得到应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明需要提供一种基于纳米孔的电子束场发射装置，所述电子束场发射装置可以通过纳米孔而产生纳米孔径级的极细电子束。

根据本发明的一种基于纳米孔的电子束场发射装置，包括：固定层结构，所述固定层结构的中心位置处设有沿上下方向贯通的通孔，所述固定层结构的上表面设有覆盖在所述通孔上方的石墨烯层；纳米孔层结构，所述纳米孔层结构的中心位置处设有沿上下方向贯通的纳米孔，且所述纳米孔层结构的下表面上设有用于与所述固定层结构的上表面连接的第一键合金属层；和场发射层结构，所述场发射层结构上表面的中心位置处设有电场负极金属板，所述场发射层结构下表面的中心位置处设有相互配合的场发射栅极正极和场发射栅极负极，所述场发射层结构的下表面外沿设有用于与所述纳米孔层结构的上表面连接的第二键合金属层。

根据本发明的实施例的基于纳米孔的电子束场发射装置，采用整体键合结构设计，场发射层结构上设有场发射栅正极、场发射栅负极及电场负极金属板，固定层结构层上具有石墨烯层，场发射层结构、纳米孔层结构及固定层结构通过第一键合金属层和第二键合金属层牢固粘结，使整个装置结构简单紧凑，易于高密度集成，采用的纳米孔可有效将电子约束至纳米孔径大小，所采用的石墨烯层不但实现了键合后的空间为真空腔，而且碳单原子厚度的石墨烯层可减小电子碰撞率，进而提高电子的穿透率。

根据本发明的一个实施例，所述场发射层结构的上表面设有与所述电场负极金属板连接的电场负极焊盘、与所述场发射栅极正极连接的场发射正极焊盘和与所述场发射栅极负极连接的场发射负极焊盘。

根据本发明的一个实施例，所述场发射层结构的上表面上还具有电场正极焊盘，所述电场正极焊盘与所述石墨烯层连接。

根据本发明的一个实施例，所述场发射层结构和纳米孔层结构上分别设有贯通所述场发射层结构和纳米孔层结构且供将所述电场正极焊盘与所述石墨烯层连接正极连线通过的电场正极连线孔。

根据本发明的一个实施例，所述场发射层结构具有分别贯通所述场发射层结构的第一引线孔和第二引线孔，所述场发射正极焊盘通过穿过所述第一引线孔的引线与所述场发射栅极正极连接，所述场发射负极焊盘通过穿过所述第二引线孔的引线与所述场发射栅极负极连接。

根据本发明的一个实施例，所述场发射栅极正极和所述场发射栅极负极均为梳状，所述场发射栅极正极的每个齿插入到所述场发射栅极负极的相邻两个齿之间，所述场发射层结构的下表面上设有与所述场发射栅极正极相连的场发射栅极正极引线区和与所述场发射栅极负极相连的场发射栅极负极引线区。

根据本发明的一个实施例，所述场发射栅极正极和所述场发射栅极负极的下表面上具有碳纳米管涂层。

根据本发明的一个实施例，所述纳米孔为倒锥形孔。

根据本发明的一个实施例，所述石墨烯层的形状为矩形，且所述石墨烯层的大小与所述纳米孔下端的尺寸相同。

根据本发明的一个实施例，所述石墨烯层的厚度与所述第二键合金属层的厚度相等。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明实施例的基于纳米孔的电子束场发射装置的整体结构示意图；