[发明专利]一种场发射阴极电子源及其阵列

说明书

本发明实施例提供的一种场发射阴极电子源及其阵列，包括：衬底，及设置在所述衬底同一侧的阴极、阴极尖端和栅极。通过将所述阴极、所述阴极尖端和所述栅极设置于所述衬底的上表面上，并且所述阴极尖端连接在所述阴极上，所述栅极位于所述阴极尖端远离所述阴极的一侧，所述阴极尖端的电子发射端指向所述衬底的靠近所述栅极的侧面。阴极尖端在衬底上为贴合衬底的平行布置，相对于现有技术的立体堆叠结构，具有更高的稳定性和可靠性，适合大规模集成。

技术领域

本发明涉及电子发射技术领域，具体而言，涉及一种场发射阴极电子源及其阵列。

背景技术

电子源被认为是真空电子器件的核心，为其提供工作所必须的自由电子束。场发射电子源是通过在场发射材料外部加一强电场，压抑发射材料表面势垒，使其势垒高度降低、宽度变窄，使得相当数量的电子从场发射材料内部通过隧道效应遂穿至外部，在外电场的作用下产生定向运动，从而形成一定的发射电流密度。

一个典型场发射电子源的基本结构通常包括阴极、栅极和阳极。微场发射阴极阵列是一种通过现代加工手段，在一定区域内大量密集集成的电子源。微场发射阵列自发明以来，发展了多种结构，其中Spindt阴极又称薄膜金属场发射阴极，是最早依靠现代微加工手段制作的场发射阴极，结构包含微发射尖锥、绝缘层和栅极组成的阵列式阴极。由于微尖锥曲率半径很小，微尖和栅极间距也很近，因此二者之间只需很小的偏压，就可以诱导尖锥表面产生电子发射。场发射阴极阵列可以基于微纳加工技术实现大量发射尖锥阵列的高密度集成，因此可以获得高的总发射电流和电流密度。

但是，场发射尖锥阵列由于是三维立体的结构，加工时，沉积出的尖锥的高度直径等参数各不相同，所得阵列均匀性较差，容易导致局部过度发射，同时相对于衬底上表面垂直发射的电子，易引起空间放电诱发电弧，极易损坏整个器件，可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场发射阴极电子源及其阵列，其中阴极、阴极尖端和栅极设计在同一平面内，避免了现有技术场发射尖锥的加工难以控制的问题，提高了阵列的均匀性。

一种场发射阴极电子源，包括：衬底，及设置在所述衬底同一侧的阴极、阴极尖端和栅极；所述阴极、所述阴极尖端和所述栅极均设置在所述衬底的上表面上；所述阴极尖端连接在所述阴极上，所述栅极位于所述阴极尖端远离所述阴极的一侧；所述阴极尖端的电子发射端指向所述衬底的靠近所述栅极的侧面。

优选地，所述栅极数量为2，并且两个所述栅极分别分布在所述阴极尖端的两侧。

优选地，所述阴极尖端的形状为三角状。

优选地，还包括绝缘层，所述绝缘层设置在所述衬底的上表面上，所述阴极、所述阴极尖端和所述栅极均设置在所述绝缘层上。

优选地，所述衬底的材料为硅，所述绝缘层为氧化硅。

优选地，所述绝缘层的厚度为大于或等于290nm。

优选地，采用平面工艺制备。

一种场发射阴极电子源阵列，包括：上述的多个场发射阴极电子源，多个所述场发射阴极电子源并列相接连成一排；多个所述阴极尖端朝向相同。

优选地，同一排中，每个所述场发射阴极电子源的阴极均与其相邻的场发射阴极电子源的阴极相连接或不相连接。

优选地，包括多个相互层叠的电子源排，每个所述电子源排为多个所述场发射阴极电子源并列相接连成一排组成。