[发明专利]一种场发射阴极电子源、阵列及电子发射方法

说明书

本发明实施例提供的一种场发射阴极电子源、阵列及电子发射方法，所述包括场发射阴极电子源：衬底、第一电极、第二电极、第一螺旋部和第二螺旋部。所述第一电极与所述第一螺旋部连接，所述第二电极与所述第二螺旋部连接；所述第一螺旋部与所述第二螺旋部相互环绕设置形成嵌套的双螺旋结构，并用于发射电子；所述第一电极、所述第二电极、所述第一螺旋部和所述第二螺旋部均设置在所述衬底的上表面。本发明的第一电极、第二电极、第一螺旋部和第二螺旋部形成单层结构，降低了加工控制难度，提高了稳定性，适合大规模阵列集成。

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，难以对的沉积的尖锥、电极等多层结构进行精确控制，而由此所得阵列均匀性较差，甚至诱发局部电弧损坏器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场发射阴极电子源、阵列及电子发射方法，其通过在衬底上表面设置第一螺旋部和第二螺旋部，形成具备电子发射能力的导电细丝，单层结构，降低了加工控制难度，提高了稳定性，适合大规模阵列集成。

本发明的实施例是这样实现的：

一种场发射阴极电子源，包括：衬底、第一电极、第二电极、第一螺旋部和第二螺旋部；所述第一电极与所述第一螺旋部连接，所述第二电极与所述第二螺旋部连接；所述第一螺旋部与所述第二螺旋部相互环绕设置构成嵌套的双螺旋结构，并用于发射电子；所述第一电极、所述第二电极、所述第一螺旋部和所述第二螺旋部均设置在所述衬底的上表面。

优选地，在所述衬底的上表面设置有绝缘层，所述第一电极、所述第二电极、所述第一螺旋部和所述第二螺旋部均设置在所述衬底上表面的绝缘层上。

优选地，所述第一螺旋部与所述第二螺旋部之间的间距小于等于200nm。

优选地，所述第一电极为钛或钯；所述第二电极的材料为钛或钯。

优选地，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述第一螺旋部的相对两侧。

优选地，所述嵌套的双螺旋结构为圆形或方形。

优选地，采用平面工艺制成。

一种场发射阴极电子源阵列，包括：多个上述的场发射阴极电子源，每个所述场发射阴极电子源的第一电极依次相连接，每个所述场发射阴极电子源的第二电极依次相连接。

优选地，阵列中的每个所述场发射阴极电子源的第一电极和第二电极分别设置于所述第一螺旋部或第二螺旋部的相对两侧。