[发明专利]场发射电子源及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子源及其制备方法，尤其涉及一种场发射电子源及其 制备方法。

背景技术

场发射电子源是利用在外场作用下，从固体材料表面逸出的电子来实现 电子发射的一种电子源。场发射电子源在低温或者室温下工作，与电真空器 件中的热发射电子源相比具有能耗低、响应速度快以及低放电等优点，因此 用场发射电子源替代电真空器件中的热发射电子源成为了人们研究的一个 热点。

早期的场发射电子源以Spindt微尖结构为场发射阵列。这种基于微纳米 加工技术制造的电子源包括：一绝缘基底；一形成于该绝缘基底上的阴极电 极；一形成于该阴极电极上的发射体微尖阵列；一形成于该阴极电极上的带 有开孔的绝缘层；一设置在该绝缘层上的栅极，且每一个发射体微尖与一开 孔对准。由于采用薄膜光刻工艺，阴极导电层和栅极的间距在微米级或者亚 微米级。这种电子源的主要问题是栅极和阴极电极之间的漏电严重，导致一 般栅极电压只能加到100V左右，场发射电流密度小，因此受到限制。

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员 Iijima在1991年发现，请参见″Helical Microtubules of Graphitic Carbon″，S. Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管具有极优异的导电性能、良好的 化学稳定性和大的长径比，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端 表面积愈小，其局部电场愈集中)，因而碳纳米管在场发射真空电子源领域 被广泛应用。

现有的碳纳米管场发射电子源的结构包括：一绝缘基底；一形成于该绝 缘基底上的阴极电极；形成于该阴极电极上的一高度密排的碳纳米管场发射 体阵列；一设置于阴极电极上的隔离体；一设置在该隔离体顶部的金属栅网。 其中，该金属栅网和阴极电极之间的间距在100微米到数毫米。这种结构的 缺点是发射体密度过高，电场屏蔽效应严重，工作时往往只有少部分发射体 发射电子，所以很难做出高电流密度的电子源。另外，该场发射电子源的隔 离体的绝缘性设计不是最优，限制了加在金属栅网与阴极电极之间的工作电 压。

有鉴于此，确有必要提供一种金属栅网与阴极电极之间绝缘设计较优， 且可以有效防止发射体阵列密度过高而导致屏蔽效应，能够获得较大密度的 场发射电流的场发射电子源及其制备方法。

发明内容

一种场发射电子源，其包括：一绝缘基底；一阴极发射电极设置于该绝 缘基底上，且该阴极发射电极包括一阴极电极和一阴极发射体设置于该阴极 电极上；一隔离体设置于该绝缘基底上；以及一金属栅网设置在该隔离体上， 且该金属栅网进一步延伸到阴极发射电极上方；其中，所述隔离体为一“C” 型结构，且该隔离体包围阴极电极，该隔离体与阴极电极间隔设置，使该阴 极电极与隔离体不接触，隔离体与阴极电极之间完全绝缘。

一种场发射电子源的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一绝缘基底； 在上述绝缘基底上制备一阴极发射电极，且该阴极发射电极包括一阴极电极 和一阴极发射体设置于其上；在绝缘基底上制备一隔离体预制体，并对该隔 离体预制体进行曝光；在上述隔离体预制体上制作一金属栅网；以及除去上 述隔离体预制体已经曝光部分，形成一“C”型结构的隔离体，该隔离体包 围阴极电极，且与阴极电极间隔设置，使该阴极电极与隔离体不接触，隔离 体与阴极电极之间完全绝缘，从而得到一场发射电子源。

相较于现有技术，所述的场发射电子源，隔离体与阴极电极间隔设置。 这种结构有效增加了阴极电极与金属栅网之间的绝缘距离，解决了阴极电极 和金属栅网绝缘的问题，可以大幅度提高栅极的电压，从而获得较大密度的 场发射电流。

附图说明

图1为本技术方案实施例场发射电子源的结构示意图。

图2为沿图1中线II-II的剖视图。

图3为本技术方案实施例场发射电子源的发射体微尖的结构示意图。

图4为本技术方案实施例场发射电子源的制备方法流程图。

图5为本技术方案实施例场发射电子源的制备过程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。