[发明专利]具有增强电子发射性能的薄膜场发射阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种具有增强电子发射性能的薄膜场发射阴极，该阴极包括：一导电衬底(2)，在导电衬底(2)上有一层半导体电子势垒层(3)和半导体电子势阱层(4)，其特征是：还包括一具有表面突起形貌的半导体传导缓冲层(1)，由导电衬底(2)自下向上依次为半导体传导缓冲层(1)、半导体电子势垒层(3)和半导体电子势阱层(4)。

2.按照权利要求1的薄膜场发射阴极，其特征在于，所述的导电衬底为掺杂单晶硅或金属衬底。

3.按照权利要求1的薄膜场发射阴极，其特征在于，半导体传导缓冲层的材料为n型掺杂的：ZnO、Al_xGa_1-xN、GaAs、Si，0≤x＜1。

4.按照权利要求1的薄膜场发射阴极，其特征在于，具有表面突起形貌的半导体传导缓冲层厚度在50-300nm之间，表面的均方根粗糙度应在15-150nm，表面突起的密度在10⁶-10⁹cm^-2。

5.按照权利要求1的薄膜场发射阴极，其特征在于，半导体电子势垒层与半导体电子势阱层，采用如下搭配确定薄膜组分：Al_xGa_1-xN与Al_yGa_1-yN，其中0≤y＜x≤1；SiO₂与Si；AlAs与GaAs。

6.按照权利要求1的薄膜场发射阴极，其特征在于，半导体电子势垒层的厚度为1-10nm，半导体电子势阱层的厚度为2-20nm。

7.按照权利要求1的具有增强电子发射性能的薄膜场发射阴极的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)将导电衬底放入激光脉冲沉积系统，抽真空使背底真空为1×10^-3-1×10^-5Pa，加热衬底到100-1000℃；

2)沉积一层半导体传导缓冲层，生长条件为：通入保护气体调整工作气压为0.1-10Pa，在脉冲频率8-16Hz、脉冲能量300-500mJ/脉冲的条件下，沉积60-600s得到具有表面突起形貌的半导体传导缓冲层；

3)沉积一层半导体电子势垒层，生长条件为：通入保护气体调整工作气压为0.1-5Pa，在脉冲频率3-8Hz、脉冲能量250-450mJ/脉冲的条件下，沉积10-120s得到半导体电子势垒层；

4)沉积一层半导体电子势阱层，生长条件为：通入保护气体调整工作气压为0.1-5Pa，在脉冲频率3-8Hz、脉冲能量200-400mJ/脉冲的条件下，沉积20-240s得到半导体电子势阱层；

5)在保护气体的气氛保护下降至室温，得到具有增强电子发射性能的薄膜场发射阴极。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于，步骤2)-5)对于氮化物采用氮气或惰性气体作为保护气体；对于氧化物采用氧气或惰性气体作为保护气体；对于其他化合物采用惰性气体作为保护气体。