[发明专利]平面背栅电子管和集成电路及其制作方法

说明书

本发明提供一种平面背栅电子管，包括自下而上依次堆叠而形成隔离岛的背栅层、背栅绝缘层和下阴极层；隔离岛上设有栅极、阴极和阳极，栅极贯穿背栅绝缘层来与背栅层电接触；阴极与下阴极层电接触，且阳极与下阴极层通过空气层间隔开。本发明还提供相应的集成电路和制作方法。本发明的平面背栅电子管通过调节栅极电压可以改变阴极的电子浓度，从而调控阴极的场发射电流，达到栅调控阳极电流的目的，实现放大功能。由于该结构的栅极可以以较低的电压调控阴极电子的浓度，达到以较低的电压高效调制阳极电流的目的，因此，有较大的跨导。此外，栅极与阴极之间有绝缘层，与阳极之间设有绝缘层和空气层，因此栅极电流几乎为零，可以避免漏电。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种平面背栅电子管和集成电路及其制作方法。

背景技术

平面背栅电子管基于电子的场发射与弹道运输机制，具有太赫兹频率响应、耐高低温、抗辐射等电子管的特点，且采用集成电路工艺制造，可实现平面背栅电子管集成电路。

但是，现有的竖直型平面电子管一般通过侧壁上的栅极调控电子发射，调控效率较低，为有效调控发射电子，通常需要很高的栅极电压。另外，现有的竖直型平面电子管一般通过阴极与侧壁交界处产生边缘发射，阴极表面大量面积不参与电子发射，使器件有效发射面积较小，不利于形成大的发射电流。以上问题阻碍了平面电子管性能的提升，特别是在低功耗领域的应用。

因此，有必要提供一种方案，解决现有技术中竖直型平面电子管的栅极电压较高、发射电流较小的技术问题。

发明内容

本发明提出了一种平面背栅电子管和集成电路及其制作方法，以解决现有技术中竖直型平面电子管的栅极电压较高、发射电流较小的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种平面背栅电子管，包括自下而上依次堆叠而形成隔离岛的背栅层、背栅绝缘层和下阴极层；所述隔离岛上设有所述栅极、阴极和阳极，所述栅极贯穿背栅绝缘层来与背栅层的上表面电接触；所述阴极与下阴极层的上表面电接触，且所述阳极与下阴极层的上表面通过一空气层间隔开。

所述阳极的两侧设有阳极支点，并通过阳极支点固定于所述下阴极层上。

所述阳极的阳极支点通过以下方式制作得到：在下阴极层的上表面制作牺牲层；在牺牲层的上表面制作第二绝缘层；在对应于所述阳极的位置刻蚀除去第二绝缘层，使得牺牲层外露；在对应于所述阳极的位置沉积金；在氢氟酸中腐蚀掉牺牲层，在对应于牺牲层的位置得到空气层。

所述阴极贯穿所述第二绝缘层和牺牲层来与下阴极层的上表面电接触。

所述下阴极层仅仅堆叠于背栅绝缘层的部分区域，所述栅极设于所述隔离岛中没有堆叠下阴极层的区域中，所述阴极和阳极设于所述隔离岛中堆叠下阴极层的区域中。

所述下阴极层上自下而上堆叠有牺牲层和第二绝缘层，所述栅极贯穿第二绝缘层、牺牲层和背栅绝缘层来与背栅层的上表面电接触。

所述背栅层的厚度小于2000nm，下阴极层的厚度小于1000nm，背栅绝缘层的厚度范围小于500nm。

所述空气层的厚度小于200nm。

所述背栅层直接堆叠于衬底上，所述衬底为绝缘衬底；或者，所述背栅层堆叠于所述第一绝缘层，且所述第一绝缘层堆叠于所述衬底上。

另一方面，本发明提供一种平面背栅电子管的制作方法，包括：

S1：提供N型双层SOI衬底材料，得到自下而上依次堆叠的衬底、第一绝缘层、背栅层、背栅绝缘层和下阴极层；

S2：将一部分下阴极层刻蚀掉，形成堆叠下阴极层的区域和没有堆叠下阴极层的区域；

S3：将第一绝缘层、背栅层、背栅绝缘层和下阴极层刻透，形成隔离岛；