[发明专利]自对准聚焦结构的纳米线冷阴极电子源阵列及其制作方法

权利要求书

1.一种自对准聚焦极结构可逐行寻址的纳米线冷阴极电子源阵列结构，其特征在于所述结构包括：

a)衬底；

b)制作在该衬底上且平行排列的底部阴极电极条和底部栅极电极条；

c)覆盖在上述底部阴极电极条及底部栅极电极条上的绝缘层，所述绝缘层上制作有使底部阴极电极条及底部栅极电极条局部裸露且相互不连通的刻蚀通孔阵列；

d)制作于绝缘层上的圆形顶部阴极电极，所述顶部阴极电极绕刻蚀通孔开口一周且与底部阴极电极条连接；

e)制作在绝缘层上且位于圆形顶部阴极电极周围的环形顶部栅极电极，所述环形顶部栅极通过刻蚀通孔与该底部栅极电极条连接；

f)制作在绝缘层上且位于顶部栅极电极外侧四周的聚焦极电极；

g)制作在顶部阴极电极上的纳米线冷阴极阵列。

2.根据权利要求1所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构，其特征在于：所述制作在每一顶部阴极电极上的纳米线冷阴极整体形状为圆形，且该纳米线冷阴极中心部分位于刻蚀通孔底部的纳米线低于制作在刻蚀通孔开口周围的纳米线，用以降低器件的二极效应。

3.一种权利要求1所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

a)清洁衬底；

b)在衬底上制作平行排列的底部阴极电极条和底部栅极电极条；

c)在上述底部阴极电极条及底部栅极电极条上覆盖一层绝缘层；

d)刻蚀绝缘层，制作分别位于底部阴极电极条及底部栅极电极条上的刻蚀通孔阵列；

e)在上述刻蚀通孔上分别制作顶部阴极电极及顶部栅极电极，并在绝缘层上制作位于顶部栅极电极外侧四周的聚焦极电极，该顶部阴极电极为圆形且与底部阴极电极条相连，该顶部栅极电极为环形且与底部栅极电极条相连，所述顶部栅极电极位于顶部阴极电极外侧；

f)在顶部阴极电极上定域制作生长源薄膜阵列；

g)采用直接热氧化法从生长源薄膜阵列上生长得到纳米线冷阴极阵列。

4.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述步骤f)中，在制作生长源薄膜阵列之前，先在顶部阴极电极上定域制作过渡层薄膜以提高生长源薄膜的粘附性能。

5.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：步骤g)所述直接热氧化法是指，将经过步骤a)～f)加工处理过的结构，在含氧的气氛下加热至200～650℃，保温0.5～12小时之后自然冷却。

6.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述顶部阴极电极、顶部栅极电极以及聚焦极电极采用一步光刻构图工艺制作而成，以实现电极之间的自对准。

7.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述底部阴极电极条和/或底部栅极电极条由Cr、Al、Ti、W、Mo、Ni、ITO中的任一种材料制得；该底部阴极电极条及底部栅极电极条的厚度范围为100nm～150nm。

8.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述绝缘层厚度为1.5μm～2μm，其由二氧化硅、氮化硅或氧化铝中的任意一种或其组合材料制成，制备绝缘层的方法包括电子束蒸发方法和等离子体增强化学气相沉积方法。

9.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述顶部阴极电极、顶部栅极电极以及聚焦极电极由导电性能良好的ITO、AZO中任一种材料制得。

10.根据权利要求3所述的纳米线冷阴极电子源阵列结构的制作方法，其特征在于：所述制作生长源薄膜的材料为钨、锌、铜、铁、钼、钛、铬或镍中的任意一种，且生长源薄膜在热氧化过程中无需使用催化剂。