[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

说明书

本发明公开了一种可行列寻址的共面聚焦纳米冷阴极电子源阵列。该电子源阵列结构通过刻蚀通孔以及环状顶部环状栅极电极实现分段电极桥接串联，可以在聚焦极和栅极在同一个平面的情形下实现纳米冷阴极电子源行列寻址功能。本发明进一步公开了所述纳米冷阴极电子源阵列的制作方法。本发明的纳米冷阴极电子源阵列制备工艺简单，有较好的聚焦电子束能力以及可寻址发射能力，作为大面积电子源在平板X射线源、场发射显示器等领域有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉属于真空微纳电子技术领域，特别是一种可行列寻址的共面聚焦结构纳米冷阴极电子源阵列及其制作方法。

背景技术

相对于传统的基于热电子发射的电子源器件，基于场致电子发射原理的冷阴极电子源，具有功耗低、反应速度高、可实现大面积发射等优点。其中，大面积可寻址冷阴极阵列在液晶显示器背光源(LCD backlight)，场致发射显示器(FED，field emission display)、平板X射线源等领域有重要的应用前景。

C.A.Spindt等人在1968年提出以钼(Mo)尖锥作为冷阴极的可寻址电子源阵列的制作方法。该种冷阴极被称为Spindt冷阴极阵列。Spindt冷阴极阵列通过在靠近冷阴极尖端的控制栅极上施加电压，实现控制冷阴极电子的发射及关断的功能。同时，栅极结构的应用实现了冷阴极电子源器件的可寻址驱动。但是，Spindt冷阴极阵列存在工艺复杂、大面积制作困难等缺点。为了克服上述问题，人们先后探索了薄膜冷阴极(如金刚石及类金刚石薄膜)和准一维纳米材料冷阴极(如碳纳米管和纳米线)等新型冷阴极。准一维纳米材料冷阴极具有极大的高径比，尖端的电场增强作用强，从而可以大大降低冷阴极的工作电压。碳纳米管生长温度高，且需要使用催化剂，实现大面积均匀发射难度较大。通常，碳纳米管冷阴极均需要采用复杂的后处理方法才能实现大面积均匀发射。而近期的研究发现，半导体纳米线(如氧化铜、氧化锌、氧化钨纳米线)容易在玻璃基板上实现大面积制备，并能够实现大面积均匀发射。已有研究成功展示了它们在场致发射显示器件以及平板X射线源器件的应用前景。

在纳米线冷阴极电子源方面，主要如何实现具有小焦斑的可寻址冷阴极电子源阵列，是冷阴极电子源阵列进一步发展亟待解决的关键问题。在Spindt阴极和碳纳米管阴极阵列研究中，曾经报道过多种聚焦结构及其制作方法。但是，为了同时实现聚焦和行列寻址，必须将聚焦极和控制栅极制作在不同的平面，聚焦极和控制栅极之间用绝缘层隔开。这种结构通常会增加工艺的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、具有可调电子发射能力以及聚焦电子束能力的可行列寻址的共面聚焦纳米冷阴极电子源阵列。

本发明采用了以下技术方案解决该技术问题：

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：

g)衬底；

h)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；

i)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；

j)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；

k)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；

制作在上述顶部阴极电极上的纳米冷阴极。