[发明专利]可行列寻址的共面聚焦纳米冷阴极电子源阵列及制作方法

权利要求书

1.一种可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于所述结构包括：

a)衬底；

b)制作在上述衬底上且垂直排布的底部阴极电极和底部栅极电极，所述底部栅极电极分列于底部阴极电极两侧且不与所述底部阴极电极相接；

c)覆盖在上述底部栅极电极和底部阴极电极上的绝缘层，所述绝缘层上刻蚀有分别使底部栅极电极和底部阴极电极局部裸露的若干刻蚀通孔；

d)制作在上述绝缘层上的顶部阴极电极，所述顶部阴极电极通过所述刻蚀通孔与底部阴极电极相连；

e)制作在上述绝缘层上、环绕在顶部阴极电极外侧且与顶部阴极不相互连接的顶部环状栅极电极，所述顶部环状栅极电极通过至少两个刻蚀通孔分别与位于底部阴极电极两侧的底部栅极电极相连，实现分段底部栅极电极的串联；

f)制作在上述顶部阴极电极上的纳米冷阴极。

2.根据权利要求1所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述纳米冷阴极电子源阵列还包括制作在所述绝缘层上且环绕在顶部环状栅极外侧的聚焦极电极。

3.根据权利要求1或2所述的纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述的纳米冷阴极的形状为具有对称性的图形，包括圆形、环形或多边形。

4.根据权利要求3所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述顶部环状栅极电极的形状为具有对称性的环状，包括圆环或多边形环。

5.根据权利要求2所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述底部阴极电极、底部栅极电极、顶部阴极电极、顶部环状栅极电极以及聚焦极电极由具备导电性能且兼容微加工工艺的材料制成，包括Cr、Al、Ti、Cu、ITO、IZO或AZO。

6.根据权利要求2所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述纳米冷阴极由一维线性纳米材料ZnO、WO_x、CNTs或二维纳米冷阴极薄膜材料石墨烯、金刚石薄膜制得。

7.根据权利要求2所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于：所述绝缘层由具备高电阻特性的材料或其混合材料制成，包括氧化硅、氮化硅或氧化铝，该绝缘层厚度为1-5μm。

8.一种制备权利要求1所述的可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列的方法，其特征在于包括以下步骤：

a)清洁衬底；

b)在衬底上制作垂直排布的底部阴极电极条和底部栅极电极条，所述底部栅极电极条分列于底部阴极电极两侧且不与所述底部阴极电极相接；

c)在上述底部阴极电极条和底部栅极电极条上覆盖一层绝缘层；

d)在上述绝缘层上刻蚀若干刻蚀通孔，所述刻蚀通孔分别位于底部阴极电极条和底部栅极电极条上方以使底部栅极电极和底部阴极电极局部裸露；

e)在上述绝缘层上制作通过刻蚀通孔与底部阴极电极相连的顶部阴极电极以及与底部栅极电极条相连的顶部环状栅极电极阵列，所述顶部环状栅极电极阵列环绕在顶部阴极电极外侧；

f)在上述顶部阴极电极上定域制作冷阴极预生长薄膜；

g)在上述冷阴极预生长薄膜上反应生长获得纳米冷阴极。

9.根据权利要求8所述的一种制备可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列的方法，其特征在于：所述步骤e)包括在所述顶部环状栅极电极外侧四周制作聚焦极电极。

10.根据权利要求9所述的一种制备可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列的方法，其特征在于：所述顶部阴极电极、顶部环状栅极电极以及聚焦极电极采用一步光刻构图工艺制作而成。