[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

说明书

本发明涉及一种自对准石墨烯场发射栅极结构及其制备方法，属于真空电子器件领域，自对准石墨烯场发射栅极结构包括：衬底；绝缘层沉积在衬底上，且绝缘层在衬底上间隔设置；栅极沉积在绝缘层上；发射锥尖设置在各绝缘层之间的衬底上；石墨烯平铺在栅极上；栅压电源一极加在衬底上，另一极加在栅极上，用于在衬底和栅极之间施加不同大小的栅压，进而对石墨烯进行可控刻蚀，形成自对准的栅极孔。通过在衬底和栅极之间施加一个很小的栅压，便可在发射锥尖处形成极大的增强电场，通过改变栅压的大小来改变发射电子的数目，从而对上方石墨烯层进行可控刻蚀，最终形成自对准的栅极孔，大幅降低了栅极的调制电压，并有效提高了电子透过率。

技术领域

本发明涉及真空电子器件领域，特别是涉及一种自对准石墨烯场发射栅极结构及其制备方法。

背景技术

由于石墨烯具有超高的载流子迁移率和饱和漂移速度，近年来吸引了人们的广泛关注，有望应用于未来的高速电子和射频领域。

目前真空电子发射有多种形式，比如热电子发射，场致电子发射，光致电子发射等。电子源在X射线源，平板显示，电子显微镜，离子推进器等各种真空电子器件中有着非常重要的应用，但是这些电子发射阴极的缺点在于发射效率太低，电子透过率也很低，且不能应用在对石墨烯层进行可控刻蚀的工艺上。

作为真空电子器件的核心电子源，Spindt阴极具有瞬时启动、功耗小、室温工作、电流密度大等优点，广泛应用于X射线管、平面显示、行波管等领域，但目前尚未有相关研究将其应用到对石墨烯层进行可控刻蚀的工艺上。

因此，基于上述问题，亟需一种具有良好调控性能的自对准石墨烯场发射栅极结构的器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种自对准石墨烯场发射栅极结构及其制备方法，可大幅降低栅极调制电压，有效提高电子透过率，对石墨烯进行可控刻蚀。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自对准石墨烯场发射栅极结构，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。

可选地，所述发射锥尖高度小于所述绝缘层和所述栅极的总高度。

可选地，所述绝缘层的材料为以下材料中的任意一者：SiO₂、SiON、Al₂O₃。

可选地，所述栅极的材料为以下材料中的任意一者：钼、铌、铬、硅。

可选地，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。

可选地，所述发射锥尖的曲率半径范围为5nm-20nm。

可选地，所述发射锥尖的高度范围为800nm-1.2μm。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种自对准石墨烯场发射栅极结构的制备方法，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；