[发明专利]场发射器件及其制作方法

说明书

本发明公开一种场发射器件，包括衬底、设置在所述衬底上的缓冲层、分别设置在所述缓冲层两端的发射极层和金属集电极层、分别设置在所述发射极层和所述金属集电极层上的电极层，其中，所述发射极层与所述金属集电极层之间具有沟道。本发明的场发射器件中的集电极采用金属材质，可以根据场发射器件的性能将发射极的尖凸部角度设计为任意角度，而且，由于所述集电极采用的是金属材质，在湿法腐蚀介质膜层形成纳米间距时不需要添加掩膜，简化了工艺、降低了成本、提高了性能。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体地讲，涉及一种场发射器件及其制作方法。

背景技术

场发射器件在真空微电子(包括超高速高频器件、场发射显示器和微波放大器等)方面有着广泛的应用，场发射阴极作为真空微电子器件的核心而倍受关注。要实现好的场发射特性主要通过降低场发射阴极的电子亲和势和纳米结构提高场增强因子来实现，半导体材料因其成熟的微纳加工制造技术，近年来成为场发射阴极材料研究的一个热点领域。在半导体材料，有些半导体材料具有低的电子亲和势或者负电子亲和势，如GaN的电子亲和势约2.7–3.3eV，极可能致使在异质结构中形成较低发射势垒，且半导体材料n型掺杂容易实现高的电子浓度，是理想的场发射阴极材料。

场发射器件中，横向结构场发射器件可以通过微纳加工实现发射阴极-集电极距离控制，且横向结构器件比垂直结构器件更容易集成。但是，由于横向结构场发射器件需要经过后续复杂工艺实现。因此，如何实现横向结构场发射器件对未来器件的制备和应用都至关重要。在横向场发射器件制作过程中，如何实现纳米级阴极和阳极间距为器件制备关键工艺之一。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种场发射器件，包括衬底、设置在所述衬底上的缓冲层、分别设置在所述缓冲层两端的发射极层和金属集电极层、分别设置在所述发射极层和所述金属集电极层上的电极层，其中，所述发射极层与所述金属集电极层之间具有沟道。

进一步地，所述金属集电极层采用铬/金复合薄膜电极或钼薄膜电极。

进一步地，所述发射极层朝向所述金属集电极层一侧具有至少一个尖凸部，所述金属集电极层朝向所述发射极层的一侧对应具有至少一个尖凹部，所述尖凸部与所述尖凹部配合设置使得所述沟道呈非直线状。

进一步地，每个所述尖凸部的顶角角度为a，0°＜a≤90°。

进一步地，所述发射极层采用氮化镓基超晶格结构或氮化镓多层异质结构或氮化镓高掺杂结构。

进一步地，所述电极层采用钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)复合薄膜电极。

进一步地，所述衬底采用的材料为蓝宝石或氮化镓或碳化硅。

本发明的另一目的在于提供一种如上所述的场发射器件的制作方法，包括步骤：

在衬底上形成缓冲层；

在缓冲层上形成发射极材料层；

刻蚀所述发射极材料层，以使所述发射极材料层一侧形成尖凸部，获得形成在所述缓冲层一侧的所述发射极层；

沉积介质膜层，以将所述发射极层完全覆盖；

对应于所述发射极层、在所述缓冲层另一侧形成金属集电极层，以使得所述集电极层朝向所述发射极层一侧端具有与所述尖凸部对应的尖凹部；

湿法腐蚀去除所述介质膜层，以使所述发射极层与所述金属集电极层之间形成沟道；

在所述发射极层和所述金属集电极层上分别形成所述电极层。

进一步地，所述金属集电极层采用铬/金复合薄膜电极或钼薄膜电极。

进一步地，每个所述尖凸部的顶角角度为a，0°＜a≤90°。