[发明专利]一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源及其制作方法

说明书

本发明公开了一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，包括衬底、绝缘层、底层分段阴极电极、底层栅极电极、刻蚀通孔、顶层环状阴极电极、顶层内部栅极电极、顶层外部环状栅极电极、生长源薄膜、纳米线冷阴极、聚焦电极，所述顶层内部栅极电极与顶层外部环状栅极电极通过刻蚀通孔与底层栅极电极相连，所述顶层环状阴极电极通过刻蚀通孔分别与底层分段阴极电极相连，还公开了一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源的制备方法。该纳米冷阴极电子源具有强栅控电子发射能力、电子束聚焦能力且具有可行列寻址的共面双栅聚焦结构。

技术领域

本发明涉及真空微电子器件技术领域，尤其涉及一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源及其制作方法。

背景技术

中国专利201910834161.3，名称为一种双环栅结构的纳米冷阴极电子源及其制作方法，通过引入底部分段环状栅极电极，并利用刻蚀通孔将其与顶部环状栅极电极，从而实现底部分段环状栅极电极的串联，形成底部环状电极，与顶部环状栅极电极构成双环栅结构。但该结构未实现对纳米线冷阴极的充分利用，即只有生长源薄膜外侧的纳米线受到栅极调控，同时底部环状电极栅控作用较弱并且还可能导致电子束的发散问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源。所述纳米冷阴极电子源具有强栅控电子发射能力、电子束聚焦能力且具有可行列寻址共面双栅聚焦结构。

本发明的另一个目的在于提供一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源的制作方法。该方法制作的纳米冷阴极电子源实现了共面双栅聚焦结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，所述纳米冷阴极电子源的结构包括：衬底、制作在所述衬底上的底层分段阴极电极和底层栅极电极、覆盖在所述底层分段阴极电极和底层栅极电极上的绝缘层、制作在所述绝缘层中分别使底层分段阴极电极和底层栅极电极局部裸露的刻蚀通孔、制作在所述绝缘层上的顶层环状阴极电极、顶层内部栅极电极、顶层外部环状栅极电极和聚焦电极、制作在所述顶层环状阴极电极上的生长源薄膜、制作在所述生长源薄膜上的纳米线冷阴极，

所述顶层环状阴极电极通过所述刻蚀通孔与底层分段阴极电极相连，所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极通过刻蚀通孔分别与所述底层栅极电极相连，所述顶层环状阴极电极位于所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极之间且与所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极不相连，所述聚焦电极环绕在所述顶层外部环状栅极电极外侧且与顶层外部环状栅极电极不相连。

要实现底层分段阴极电极的连接，底层分段阴极电极上各至少设置一个刻蚀通孔。所述顶层环状阴极电极通过所述刻蚀通孔与底层分段阴极电极相连，使得各个底层分段阴极电极连接起来，构成一整条的底层阴极电极。

所述顶层外部环状栅极电极和顶层内部栅极电极通过刻蚀通孔分别与所述底层栅极电极相连，实现顶层外部环状栅极电极和顶层内部栅极电极的串联。所述顶层环状阴极电极位于所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极之间且与所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极不相连。顶层外部环状栅极电极和顶层内部栅极电极的设置实现对生长源薄膜上内侧和外侧的纳米线冷阴极的调控。

所述聚焦电极环绕在所述顶层外部环状栅极电极外侧且与顶层外部环状栅极电极不相连，从而实现了共面双栅聚焦结构。聚焦电极的引入有利于解决电子束发散的问题。