[发明专利]倒装阳极的纳米真空三极管结构及制备方法

说明书

一种倒装阳极的纳米真空三极管结构，包括：一衬底；一氮化铝薄膜阴极生长于衬底的正面；一金属电极制作在衬底的背面；形成阴极；一玻璃基板；一透明导电层制作在玻璃基板上；一第一绝缘层制作在透明导电层上，中间为窗口；一金属栅极制作在第一绝缘层上，中间为窗口；一第二绝缘层制作在金属栅极上，中间为窗口；形成阳极；将该阳极的第二绝缘层与该阴极的氮化铝薄膜阴极扣置连接，形成倒装阳极的纳米真空三极管结构。本发明可以克服已有纳米真空三极管结构的不足，提出同时具有避免阴极氧化、提高阳极收集电子能力、以及便于倒装集成的多重优点。

技术领域

本发明属于真空电子技术中的场发射电子器件领域，特别涉及一种倒装阳极的纳米真空三极管结构及制备方法。

背景技术

近十几年来，III族氮化物材料在固体发光二极管、蓝/绿光激光器、高电子迁移率晶体管和太阳能电池等光电子及微电子器件领域表现出优良的特性，其相关器件受到世界各国的科研机构的重视并被广泛研究。氮化铝材料作为其中的代表之一，其所特有的负的电子亲和势的特性使其成为了真空微电子领域中新的研究热点。对于具有负电子亲和势的材料，由于其表面电子的束缚几乎为零，当外加一个很小的电压的时候，考虑电子向表面供应充足的情况下，便可以得到一个很大的场致电子发射电流。正是由于这种特性，使得氮化铝在场发射显示器和微波器件中具有潜在的应用前景。但是，由于铝原子的化学性质非常活泼，极易和空气中或者传统工艺制作过程中的氧元素反应并在阴极表面生成一层很薄的氧化层，这层氧化层会在阴极形成电子发射的势垒，严重影响阴极的场致发射特性，从而影响器件性能。

纳米真空三极管作为小型化的真空电子器件，其具有体积小、工作电压低等优点，其在空间科学领域具有广阔的应用前景。更重要的是，纳米真空三极管结构可以将阳极和阴极间距控制到电子在空气中的平均自由程范围以内，使得器件可以在低真空甚至大气环境下工作，同时仍然保持真空电子器件的优越性。然而，目前纳米真空三极管的制作工艺存在一定的问题。首先，在阴极表面生长多层结构过程中，阴极处于高温及氧气环境，容易引起阴极表面的氧化。其次，传统工艺制作的阳极为没有侧向限制的开放结构，该结构增加器件漏电，同时导致阳极收集能力不足。综上所述，目前的真空三极管结构难以克服阴极氧化、器件漏电及阳极收集能力不足等问题，影响了氮化铝真空三极管的发展与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倒装阳极的纳米真空三极管结构及制备方法，其可以克服已有纳米真空三极管结构的不足，提出同时具有避免阴极氧化、提高阳极收集电子能力、以及便于倒装集成的多重优点。

本发明提供一种倒装阳极的纳米真空三极管结构，包括：

一衬底；

一氮化铝薄膜阴极，其生长于衬底的正面；

一金属电极，其制作在衬底的背面；

其中该衬底、氮化铝薄膜阴极和金属电极为阴极；

一玻璃基板；

一透明导电层，其制作在玻璃基板上；

一第一绝缘层，其制作在透明导电层上，中间为窗口；

一金属栅极，其制作在第一绝缘层上，中间为窗口；

一第二绝缘层，其制作在金属栅极上，中间为窗口；

其中该玻璃基板、透明导电层、第一绝缘层、金属栅极和第二绝缘层为阳极；将该阳极的第二绝缘层与该阴极的氮化铝薄膜阴极扣置连接，形成倒装阳极的纳米真空三极管结构。

本发明还提供一种倒装阳极的纳米真空三极管结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在一衬底的正面制作氮化铝薄膜阴极；

步骤2：在该衬底的背面制作金属电极；

步骤3：退火，所述衬底、氮化铝薄膜阴极和金属电极为阴极；