[发明专利]一种自对准石墨烯场发射栅极结构及其制备方法

权利要求书

1.一种自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述自对准石墨烯场发射栅极结构包括：

衬底；

绝缘层，沉积在所述衬底上，且所述绝缘层在衬底上间隔设置；

栅极，沉积在所述绝缘层上；

发射锥尖，设置在各绝缘层之间的衬底上；

石墨烯，平铺在所述栅极上；

栅压电源，一极加在所述衬底上，另一极加在所述栅极上，用于在所述衬底和栅极之间施加不同大小的栅压，进而对所述石墨烯进行可控刻蚀，形成自对准的栅极孔。

2.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述发射锥尖高度小于所述绝缘层和所述栅极的总高度。

3.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述绝缘层的材料为以下材料中的任意一者：SiO₂、SiON、Al₂O₃。

4.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述栅极的材料为以下材料中的任意一者：钼、铌、铬、硅。

5.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述发射锥尖的材料为以下材料中的任意一者：钼、硅、碳纳米管、金刚石、碳化硅。

6.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述发射锥尖的曲率半径范围为5nm-20nm。

7.根据权利要求1所述的自对准石墨烯场发射栅极结构，其特征在于，所述发射锥尖的高度范围为800nm-1.2μm。

8.一种自对准石墨烯场发射栅极结构的制备方法，其特征在于，所述自对准石墨烯场发射栅极结构的制备方法包括：

选择衬底材料，并制备衬底；

在所述衬底上制备发射锥尖及对应发射锥尖的氧化层；所述发射锥尖上设置有掩膜层；

通过化学气相沉积或者原子层沉积在所述掩膜层上及所述衬底上制备绝缘层；

利用薄膜沉积方法在所述绝缘层上制备栅极；

利用湿法腐蚀方法去除氧化层、发射锥尖上的掩膜层、绝缘层和栅极，得到栅极结构；

通过湿法转移将石墨烯转移至栅极结构的表面；

将栅压电源的一极设置在衬底上，另一极设置在栅极上。

9.根据权利要求8所述的自对准石墨烯场发射栅极结构的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底上制备发射锥尖及对应发射锥尖的氧化层，具体包括：

利用热氧化工艺或薄膜沉积方法在衬底上制备掩膜层，作为后续刻蚀锥尖的掩膜；

在掩膜层的表面旋涂一层胶；

通过紫外光刻或电子束曝光对胶进行光刻，得到掩膜图形阵列，显影后得到图形区域；

通过反应离子刻蚀或者电感耦合等离子体刻蚀工艺对图形区域之外的掩膜层进行刻蚀；

先后采用丙酮和异丙醇将胶去除，得到掩膜层图形阵列；

对掩膜层图形阵列进行刻蚀，得到初步锥尖；

通过热氧化工艺对初步锥尖进行锐化，得到发射锥尖及对应的氧化层。

10.根据权利要求9所述的自对准石墨烯场发射栅极结构的制备方法，其特征在于，所述对掩膜层图形阵列进行刻蚀，得到初步锥尖，具体包括：

采用反应离子刻蚀或者电感耦合等离子体刻蚀工艺对掩膜层图形阵列进行刻蚀，得到初步锥尖。