[发明专利]一种稀土六硼化物场发射尖锥阵列的加工方法

说明书

本发明提供的一种稀土六硼化物场发射尖锥阵列的加工方法，是通过激光复合电化学刻蚀加工稀土六硼化物场发射尖锥阵列，利用激光加工技术加工尖锥结构的雏形，再利用电化学刻蚀法进一步提高尖锥结构的曲率半径和表面质量，将激光加工技术和电化学刻蚀法有机复合到稀土六硼化物场发射尖锥阵列加工中，从而充分利用了激光加工技术和电化学刻蚀法的优点。本发明实现了对稀土六硼化物表面尖锥阵列高效加工，并且制得尖锥阵列形貌均匀、曲率半径小。

技术领域

本发明属于稀土六硼化物材料加工技术领域，具体涉及一种通过激光复合电化学刻蚀加工稀土六硼化物场发射尖锥阵列的方法。

背景技术

稀土六硼化物REB₆(RE＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Yb)是一种优异的电子发射阴极材料，具有熔点高、导电率高、热稳定性和化学稳定性良好、活性阴极表面等性能特征。为了获得大的发射电流密度以保证REB6在大电流发射领域得到应用，必须在REB6表面加工出数量密度大、曲率半径小的尖锥阵列。由于REB₆硬脆的力学特性导致用机械微加工时极易发生硬脆或尖锥阵列数量密度、曲率半径不能达到使用要求，同时REB6具有稳定的物理化学性能，离子束刻蚀、电子束曝光、化学刻蚀等微加工技术也很难对该材料进行加工，探索新工艺和新方法加工出数量密度大、曲率半径小的尖锥阵列具有重大的实用价值。

发明内容

(1)要解决的技术问题

鉴于现有机械加工、离子束刻蚀、电子束曝光、化学刻蚀等微加工技术难以满足稀土六硼化物表面尖锥阵列的加工需求，本发明提供了一种激光复合电化学刻蚀加工REB₆场发射尖锥阵列的方法，可以实现对稀土六硼化物表面尖锥阵列高效加工、并且形貌均匀、曲率半径小。

(2)技术方案

一种稀土六硼化物场发射尖锥阵列的加工方法，包括以下步骤：

(1)将稀土六硼化物待加工表面进行机械抛光和清洁预处理；

(2)将抗电化学腐蚀掩膜沉积到步骤(1)预处理后的稀土六硼化物待加工表面；

(3)利用激光加工技术对步骤(2)中沉积了抗电化学腐蚀掩膜的稀土六硼化物待加工表面进行加工，形成具有三维形貌特征阵列单元的阵列结构；

(4)采用电化学刻蚀法对步骤(3)形成的阵列结构表面进行进一步刻蚀加工，形成尖锥阵列；

(5)去除步骤(4)中电化学刻蚀后稀土六硼化物表面的抗电化学腐蚀掩膜，进行表面清洁，获得稀土六硼化物场发射尖锥阵列。

进一步地，步骤(1)所述的稀土六硼化物包括：LaB₆、CeB₆、PrB₆、NdB₆、SmB₆、GdB₆和YbB₆中的任意一种。

进一步地，上述步骤(1)中，清洁预处理的具体操作为：将稀土六硼化物放入丙酮溶液中超声10min后用酒精冲洗去掉表面的油污杂质，最后用去离子水冲洗后，烘干。

进一步地，上述步骤(2)中，所述抗电化学腐蚀掩膜的厚度大于100纳米。

进一步地，所述抗电化学腐蚀掩膜采用等离子体增强化学气相沉积制得。

进一步地，所述步骤(3)中的激光，脉冲宽度为≤100纳秒，波长≤1064纳米。

进一步地，所述步骤(3)中的三维形貌特征阵列单元中的三维形状一般为圆柱形、方柱形、类圆柱、类方柱和类圆锥形状。

进一步地，步骤(4)中所述的电化学刻蚀法中所用的电解液包括磷酸、乙醇、水制成的电解液，盐酸、乙醇、水制成的电解液和氯化钠、乙醇、水制成的电解液中的任意一种。