[发明专利]一种场效应管沟道型场致发射阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于，包括衬底(5)上刻蚀出的一维纳米棱刃(1)，在衬底(5)和一维纳米棱刃(1)上设置有绝缘介质层(2)，在绝缘介质层(2)上设置有二维材料(3)，在二维材料(3)的两端设置金属源漏电极(4)。

2.如权利要求1所述的场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于，所述一维纳米棱刃(1)是垂直结构或是尖端具有曲率半径的楔形结构。

3.如权利要求1所述的场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于，绝缘介质层(2)介质是绝缘氧化层介质或是层状绝缘材料介质。

4.如权利要求1所述的场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于：所述二维材料(3)包括单层，双层或多层。

5.如权利要求1所述的场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于：所述的二维材料(3)呈折角状。

6.如权利要求1所述场效应管沟道型场致发射阴极，其特征在于：金属源漏电极(4)与作为导电沟道的二维材料(3)之间形成欧姆接触。

7.一种场效应管沟道型场致发射阴极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在衬底上刻蚀出尖锐的一维纳米棱刃，衬底的选取包含硅Si，三氧化二铝Al₂O₃，以异丙醇IPA与氢氧化钾KOH的混合溶液为刻蚀剂，异向刻蚀得到硅Si的楔形体，或者采用感应耦合等离子体ICP刻蚀交替复合深刻蚀硅Si的方法得到硅Si楔形体，再采用反复低温干氧氧化与刻蚀的方法锐化削尖硅Si楔形体，最后在硅Si衬底上得到一维纳米棱刃，氧化温度900℃-1000℃，时间3-5小时；直接采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀Al₂O₃衬底，得到一维纳米棱刃；

2)在含一维纳米棱刃的衬底上表面氧化出一层栅介质层，或是转移上一层氮化硼BN作为介质层，硅Si的氧化温度900℃-1000℃，时间3-5小时，得到二氧化硅SiO₂介质层；氮化硼BN介质层的转移，采用机械剥离六方氮化硼h-BN薄晶片的方式制得少层氮化硼BN，再转移至衬底；

3)在衬底上转移一层二维材料，并使得二维材料跨过一维纳米棱刃或是在含一维纳米棱刃的绝缘衬底上直接生长，二维材料为石墨烯，采用以金属铜或镍为衬底生长石墨烯，再以湿法刻蚀衬底转移至目标衬底；介质上原位生长石墨烯，在介质二氧化硅SiO₂或三氧化二铝Al₂O₃上淀积一层金属镍，受镍的催化作用，衬底与金属镍接触面之间会生长石墨烯，以三氯化铁FeCl₃溶液刻蚀除去镍即可；二维材料为氧化石墨烯，将含氧化石墨烯的酒精悬浊液滴加到含纳米棱刃的衬底上，待酒精蒸发干即可；二维材料为二硫化钼，采用机械剥离二硫化钼薄晶片的方式制得少层二硫化钼，再转移至介质层；

4)在二维材料两端淀积制作出金属源漏电极(4)，采用电子束蒸发或是热蒸发的方式制作金属电极，即得到场效应管沟道型场致发射阴极。

8.如权利要求7中所述的场效应管沟道型场致发射阴极制备方法，其特征在于，所述金属源漏电极金属材料是指钛Ti、金Au、镍Ni或铂Pt。