[发明专利]一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源及其制作方法

权利要求书

1.一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述纳米冷阴极电子源的结构包括：

衬底、制作在所述衬底上的底层分段阴极电极和底层栅极电极、覆盖在所述底层分段阴极电极和底层栅极电极上的绝缘层、制作在所述绝缘层中分别使底层分段阴极电极和底层栅极电极局部裸露的刻蚀通孔、制作在所述绝缘层上的顶层环状阴极电极、顶层内部栅极电极、顶层外部环状栅极电极和聚焦电极、制作在所述顶层环状阴极电极上的生长源薄膜、制作在所述生长源薄膜上的纳米线冷阴极，

所述顶层环状阴极电极通过刻蚀通孔与底层分段阴极电极相连，所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极通过刻蚀通孔分别与所述底层栅极电极相连，所述顶层环状阴极电极位于所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极之间且与所述顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极不相连，所述聚焦电极环绕在所述顶层外部环状栅极电极外侧且与顶层外部环状栅极电极不相连。

2.根据权利要求1所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述底层分段阴极电极的数量为2个，所述顶层环状阴极电极通过2个刻蚀通孔分别与所述底层分段阴极电极相连，所述顶层内部栅极电极通过1个刻蚀通孔与所述底层栅极电极相连，所述顶层外部环状栅极电极通过1个刻蚀通孔与所述底层栅极电极相连。

3.根据权利要求1所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述纳米线冷阴极为氧化锌纳米线、氧化铜纳米线、氧化钨纳米线、氧化钼纳米线、氧化铁纳米线、氧化钛纳米线或者氧化锡纳米线。

4.根据权利要求1或2所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述生长源薄膜的厚度范围在0.1μm-5μm。

5.根据权利要求1所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述生长源薄膜的形状为可对称操作的图形，其直径或边长为5μm-500μm，相邻所述生长源薄膜之间的间距为所述生长源薄膜直径或边长的0.1-10倍。

6.根据权利要求1所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源，其特征在于，所述底层分段阴极电极、底层栅极电极、顶层环状阴极电极、顶层内部栅极电极、顶层外部环状栅极电极、聚焦电极均为导电薄膜，所述导电薄膜的厚度为0.1μm-2μm。

7.一种权利要求1-6任一项所述共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在衬底上分别制作底层分段阴极电极和底层栅极电极；

(2)在底层分段阴极电极和底层栅极电极上覆盖一层绝缘层；

(3)刻蚀绝缘层，制作位于底层分段阴极电极和底层栅极电极上的刻蚀通孔；

(4)在刻蚀通孔上制作与底层分段阴极电极相连的顶层环状阴极电极，在刻蚀通孔上制作分别与底层栅极电极相连的顶层内部栅极电极和顶层外部环状栅极电极，在绝缘层上制作聚焦电极；

(5)沉积生长源薄膜；

(6)热氧化生长源薄膜以生长纳米线冷阴极。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热氧化包括升温过程和保温过程，升温过程的升温速率为1℃/min-30℃/min；保温过程的保温温度为300℃-600℃，保温时间为1min-600min，保温结束后自然冷却至室温。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，热氧化的升温过程和保温过程通入Ar、H₂、N₂、O₂中的一种或两种以上组合气体。

10.一种共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源阵列，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的共面双栅聚焦结构的纳米冷阴极电子源构成。