[发明专利]可以减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收装置，属于真空电子技术中的场发射电子器件领域。

背景技术

作为III族氮化物半导体材料的一种，AlN带隙很宽，高达6.2eV，无需Cs激活过程，本身就具有负电子亲和势，并具有场发射所要求的几乎所有特性，包括良好的化学与热稳定性、高的熔点和热导率、大的载流子迁移率和高的击穿电压等，因此是一种优异的冷阴极材料。

但是作为冷阴极材料，AlN也有自己的不足，那就是由于Al原子的存在，表面容易氧化形成氧化铝薄膜，氧化铝薄膜不导电，也不具有负电子亲和势特性，因此对AlN表面的电子发射形成了阻碍。在AlN冷阴极材料生长、器件制备和性能测试过程中，AlN会多次暴露在空气中，容易因氧化而形成氧化铝薄膜。尤其是在场发射器件制备过程中，需要在AlN表面采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法生长二氧化硅或氮化硅绝缘膜，长时间的加热和接触氧气的过程大大加剧了AlN冷阴极材料的表面氧化，影响了其电子发射性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构，可以减少AlN冷阴极材料的表面氧化，提高其电子发射性能。

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种可以减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构，包括：

一n型SiC衬底；

一n型金属电极，其制作在n型SiC衬底下表面；

一AlN冷阴极，其外延生长在n型SiC衬底上；

一金属阳极；

一二氧化硅绝缘层，其制作在金属阳极上，该二氧化硅绝缘层的中间为电子发射-接收窗口；

其中该制作有二氧化硅绝缘层的金属阳极扣置在AlN冷阴极的表面；

一高压源，其正极连接金属阳极；

一电流计，其正极连接高压源，负极与n型金属电极连接。

本发明的关键之处在于在金属阳极上采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法生长二氧化硅绝缘层，然后通过光刻和腐蚀的方法露出接收电子的窗口，窗口面积和形状由光刻版进行控制。在对AlN冷阴极进行电子发射性能测试时，直接将AlN冷阴极和上述带有二氧化硅绝缘层的金属阳极对准并固定，然后放入真空系统中，即可进行测试，大大减少了AlN冷阴极与氧气或空气接触的时间。

由于上述技术的运用，与现有器件结构相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明在金属阳极上生长二氧化硅绝缘层并制作电子发射-接收窗口，在保留对电子发射-接收窗口位置、面积和形状进行精确控制的同时，避免了在AlN冷阴极表面生长二氧化硅绝缘层、并通过光刻和腐蚀的方法制作电子发射窗口的过程中，AlN冷阴极被加热和长时间暴露于氧气气氛下容易在表面形成氧化铝薄膜的不足之处，可以有效地降低表面氧化层的阻碍作用，提高AlN冷阴极的电子发射性能。

(2)采用本发明中二氧化硅绝缘层制作于金属阳极之上的电子接收结构，无需在AlN冷阴极表面进行绝缘膜生长和发射窗口制作，可以在AlN冷阴极生长完毕后，与阳极对准并固定，直接放入真空系统中进行场发射性能的测试，能够更迅速地获得不同的外延生长参数对AlN冷阴极场发射性能的影响，并通过测试结果的反馈对AlN冷阴极的外延生长过程进行调整和优化，可以大大加快冷阴极材料的研制进程。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，并结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是一种减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构的示意图。

图2是一种减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构的工艺过程示意图。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明提供一种可以减少AlN冷阴极表面氧化的电子接收结构，包括：

一n型SiC衬底11，所述n型SiC衬底11的电阻率为0.02-0.2Ω·cm，厚度为200-500μm；

一n型金属电极10，其制作在n型SiC衬底11下表面，所述n型金属电极10的材料为Ni或Ni/Au，所述Ni或Ni/Au中的Ni层厚度为50-200nm，Au层厚度为50-200nm；Ni或Ni/Au薄膜经退火形成欧姆接触，退火气氛为氮气或氩气，退火温度为950℃，退火时间为1-5min；

一AlN冷阴极12，其外延生长在n型SiC衬底11上，所述AlN冷阴极12的厚度为10-500nm，Si掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3；