專(zhuān)利名稱(chēng)：使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)發(fā)射器件及其制造方法；并且特別涉及一種使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般情況下，電場(chǎng)發(fā)射器件意味著根據(jù)隧穿效應(yīng)從真空中的金屬或半導(dǎo)體的表面發(fā)射電子的器件，其中所述隧穿效應(yīng)是通過(guò)向所述表面施加具有高強(qiáng)度的電場(chǎng)而引起的。這種電場(chǎng)發(fā)射器件可以用作高速開(kāi)關(guān)器件、微波發(fā)生器、放大器或顯示器件。在該器件中，發(fā)射的電子可以在真空中以低能量損失在高頻下感應(yīng)出大功率。此外，該器件具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)它具有比常規(guī)固態(tài)器件短的響應(yīng)時(shí)間，并且可以被集成到單個(gè)硅芯片上。
圖1示出了通過(guò)使用電子束光刻工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的常規(guī)“Spindt”型電場(chǎng)發(fā)射器件的剖面圖。
參見(jiàn)圖1，該電場(chǎng)發(fā)射器件是以如下方式制造的。即，在玻璃或硅襯底100上，依次形成陰極層102、電阻(resistive)層104、絕緣層106和柵電極層108。然后，通過(guò)使用光刻工藝在柵電極108上形成光敏膜圖形，每個(gè)圖形都具有微米直徑。之后，通過(guò)使用反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)蝕刻絕緣層106，從而暴露出電阻層104的表面。接著，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在電阻層104上垂直淀積含有諸如Mo、W和Cr等材料的金屬電場(chǎng)發(fā)射尖端110，使其具有圓錐形狀。
如上所述，Spindt型電場(chǎng)發(fā)射器件具有如下優(yōu)點(diǎn)它具有比常規(guī)固態(tài)器件短的響應(yīng)時(shí)間，并且可以被集成到單個(gè)硅芯片上。然而，難以在如圖1所示的電場(chǎng)發(fā)射器件上以規(guī)則間隔設(shè)置多個(gè)微孔，特別是當(dāng)器件的表面面積很大時(shí)。此外，由于電場(chǎng)發(fā)射尖端和陽(yáng)極之間的距離為幾百微米，因此如圖1所示的電場(chǎng)發(fā)射器件具有需要高驅(qū)動(dòng)電壓的缺點(diǎn)。此外，在柵電極層108的表面上形成微孔可能需要附加的工藝，所述每個(gè)微孔具有亞微米直徑。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件，其中通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝在其上形成柵極孔的陣列，每個(gè)柵極孔具有亞微米直徑，由此有助于甚至在大面積上也可以以規(guī)則間隔設(shè)置柵極孔，并且形成發(fā)射尖端，以便與電極緊密接觸，由此減小了器件的驅(qū)動(dòng)電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件，其包括支撐襯底；在支撐襯底上形成的底部電極層，它用作器件的陰極；在底部電極層上形成的柵極絕緣層，它具有用作器件的柵極孔的多個(gè)第一亞微米孔；在柵極絕緣層上形成的柵電極層，它具有多個(gè)第二亞微米孔，每一個(gè)第二亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔；在柵極層上形成的氧化鋁層，它具有多個(gè)第三亞微米孔，每一個(gè)第三亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第二亞微米孔；用于將器件密閉地密封在真空中的頂部電極層，它形成在氧化鋁層上，并且用作器件的陽(yáng)極；以及用于在強(qiáng)電場(chǎng)中發(fā)射電子的多個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器形成在相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件，它包括支撐襯底；在支撐襯底上形成的底部電極層，它用作器件的陰極；在底部電極層上形成的柵極絕緣層，它具有用作器件的柵極孔的多個(gè)第一亞微米孔；在柵極絕緣層上形成的柵電極層，該柵電極層具有多個(gè)第二亞微米孔，每一個(gè)第二亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔；在柵電極層上形成的陽(yáng)極絕緣層，它具有多個(gè)第三亞微米孔，每一個(gè)第三亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第二亞微米孔；用于將器件密閉地密封在真空中的頂部電極層，它形成在陽(yáng)極絕緣層上，并且用作器件的陽(yáng)極；以及用于在強(qiáng)電場(chǎng)中發(fā)射電子的多個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器形成在相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔中。
根據(jù)本發(fā)明的再一種方案，提供一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的方法，該方法包括如下步驟(a)在支撐襯底上形成底部電極層，該底部電極層用作器件的陰極；(b)在底部電極層上依次形成柵極絕緣層、柵電極層和鋁層；(c)通過(guò)在鋁層上進(jìn)行陽(yáng)極氧化工藝，由此將鋁層轉(zhuǎn)變成氧化鋁層，從而在氧化鋁層中形成多個(gè)第一亞微米孔；(d)蝕刻氧化鋁層的阻擋層和柵電極層，由此通過(guò)第一亞微米孔暴露出柵極絕緣層的表面；(e)在柵極絕緣層中形成多個(gè)第二亞微米孔，由此每個(gè)第一亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第二亞微米孔；(f)在每個(gè)第二亞微米孔中形成用于在高電場(chǎng)中發(fā)射電子的發(fā)射器；并且(g)在真空中在氧化鋁層上形成用于密閉地密封該器件的頂部電極層，該頂部電極層用作器件的陽(yáng)極。
根據(jù)本發(fā)明的又一種方案，提供一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的方法，該方法包括如下步驟(a)在支撐襯底上形成底部電極層，該底部電極層用作器件的陰極；(b)在底部電極層上依次形成柵極絕緣層、柵電極層、陽(yáng)極絕緣層和鋁層；(c)通過(guò)在鋁層上進(jìn)行陽(yáng)極氧化工藝，由此將鋁層轉(zhuǎn)變成氧化鋁層，從而在氧化鋁層中形成多個(gè)第一亞微米孔；(d)蝕刻氧化鋁層的阻擋層、陽(yáng)極絕緣層和柵電極層，由此通過(guò)第一亞微米孔暴露出柵極絕緣層的表面；(e)在柵極絕緣層中形成多個(gè)第二亞微米孔，由此每個(gè)第一亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第二亞微米孔；(f)除去氧化鋁層；(g)在每個(gè)第二亞微米孔中形成用于在強(qiáng)電場(chǎng)中發(fā)射電子的發(fā)射器；并且(h)在真空中在陽(yáng)極絕緣層上形成用于密閉地密封該器件的頂部電極層，該頂部電極層用作器件的陽(yáng)極。


通過(guò)下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其它目的和特征將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1示出通過(guò)使用電子束光刻工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的常規(guī)電場(chǎng)發(fā)射器件的剖面圖；圖2A到2F描述了根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的剖面圖；并且圖3A到3F展示了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的剖面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式圖2A到2F表示器件的剖面圖，其中每個(gè)器件是在根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的方法的每個(gè)步驟中制造的。下面，將詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的方法。
首先，如圖2A所示，通過(guò)使用濺射法或電子束淀積法在含有諸如玻璃的非導(dǎo)電材料的支撐襯底200上形成底部電極層202，該底部電極層含有，例如，W、Cr、Nb、Al、Ti或其合金。代替上述金屬，底部電極層202可以含有導(dǎo)電聚合物物質(zhì)、金屬氧化物、金屬氮化物或金屬硫化物。底部電極層202的厚度優(yōu)選大約為2000埃。
此后，通過(guò)使用LPCVD法或反應(yīng)濺射法在底部電極層202上依次形成電阻層204和柵極絕緣層206。這里，電阻層204和柵極絕緣層206可以含有SiO2或金屬氧化物。此外，電阻層204的厚度優(yōu)選在大約10埃到幾十埃的范圍內(nèi)。
同時(shí)，盡管前面已經(jīng)說(shuō)明過(guò)在柵極絕緣層206和底部電極層202之間形成電阻層204，但是也可以省略電阻層204的形成。
然后，在柵極絕緣層206上，通過(guò)使用濺射法依次形成柵電極層208和鋁層210，該柵電極層208含有Au、W、Nb、Cr、Al和Ti中的一種。代替上述金屬，柵電極層208可以含有導(dǎo)電聚合物材料、金屬氧化物、金屬氮化物和金屬硫化物。柵極絕緣層206和鋁層210中的每一個(gè)的厚度優(yōu)選大約為500nm。
接著，如圖2B所示，通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝處理鋁層210，使其成為其中具有亞微米孔213的氧化鋁層212。這個(gè)陽(yáng)極氧化工藝如下進(jìn)行即，通過(guò)使用電拋光法對(duì)鋁層210的表面進(jìn)行拋光。然后將鋁層210浸入磷酸、草酸、鉻酸或硫酸的溶液中，并且向其施加大約從10V到200V的范圍內(nèi)的DC電壓，由此形成其中具有亞微米孔213的氧化鋁層212。特別是，為了形成蜂窩狀的亞微米孔，優(yōu)選向鋁層210施加25V、40V或195V的DC電壓。
接著，如圖2C所示，通過(guò)使用反應(yīng)離子蝕刻法在CF4和O2的氣體混合物的氣氛下干法蝕刻氧化鋁層212的阻擋層214和柵電極層208，以便暴露出柵極絕緣層206的表面?；蛘?，可以通過(guò)使用離子研磨或濕法蝕刻技術(shù)來(lái)蝕刻氧化鋁層212的阻擋層214和柵電極層208。
然后，如圖2D所示，蝕刻?hào)艠O絕緣層206，使其中具有連接到氧化鋁層212的相應(yīng)孔的亞微米孔。在蝕刻?hào)艠O絕緣層206時(shí)，可以采用離子研磨、干法蝕刻、濕法蝕刻和陽(yáng)極氧化技術(shù)之一。如此形成的每個(gè)亞微米孔優(yōu)選具有在大約從500nm到1μm范圍內(nèi)的深度。
之后，如圖2E所示，在柵極絕緣層206的孔中形成發(fā)射器218?？梢酝ㄟ^(guò)從孔的底部生長(zhǎng)金屬或者通過(guò)將金屬附著到孔的底部來(lái)形成發(fā)射器218。在這種情況下，發(fā)射器218優(yōu)選形成得盡可能地與柵電極層208緊密接觸，這將減小用于本發(fā)明電場(chǎng)發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓。
通過(guò)在金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽或金屬氯化物的溶液中向如圖2D所示的結(jié)構(gòu)(例如底部電極層202)施加DC或AC電壓(或電流)或電壓(或電流)脈沖來(lái)進(jìn)行在孔中金屬的生長(zhǎng)。生長(zhǎng)的金屬的高度取決于施加電壓的時(shí)間段。此外，生長(zhǎng)金屬的工藝可以在化學(xué)地激活孔的底部表面之后進(jìn)行。這里，用于形成發(fā)射器218的金屬可以包含，例如，Au、Pt、Ni、Mo、W、Ta、Cr、Ti、Co、Cs、Ba、Hf、Nb、Fe、Rb或其合金。
另一方面，可以通過(guò)使用諸如碳納米管、碳納米纖維、碳納米顆粒和非晶碳材料等的碳納米結(jié)構(gòu)來(lái)形成發(fā)射器218。特別是，優(yōu)選使用碳納米管作為發(fā)射器218，因?yàn)樗哂兴Ｍ奶匦?，如高機(jī)械可靠性、高化學(xué)穩(wěn)定性和高場(chǎng)增強(qiáng)因子。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，可以通過(guò)在大約200-800℃下熱分解或在等離子體(plazma)中分解碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氫等的氣體混合物來(lái)形成將被用作發(fā)射器218的碳納米管。
或者，例如通過(guò)將預(yù)合成的碳納米管硫化(thiolizing)，并且向其施加Au-S化學(xué)合成工藝可以使發(fā)射器218在孔中生長(zhǎng)。即，將預(yù)合成碳納米管浸入酸溶液中，然后浸入含有包括硫的基團(tuán)的溶液中，從而使含硫(S)的官能團(tuán)附著到碳納米管上。然后，附著到碳納米管上的硫(S)連接(couple)到在孔底部的表面上形成的金。
生長(zhǎng)碳納米管的工藝可以利用上述金屬生長(zhǎng)工藝以便在孔的底部的表面上形成催化劑金屬。在這種情況下，所述催化劑金屬用于使碳?xì)浠衔餁怏w分解。另外，可以通過(guò)在預(yù)合成的碳納米結(jié)構(gòu)上進(jìn)行電泳(electrodephoresis)工藝來(lái)形成發(fā)射器。
在本實(shí)施例中，盡管在柵極絕緣層206的每個(gè)孔中只形成了一個(gè)發(fā)射器218，但是在每個(gè)孔中可以形成一個(gè)以上的發(fā)射器218。此外，可以通過(guò)使用諸如GaN、TiO2和CdS等半導(dǎo)體材料來(lái)構(gòu)成發(fā)射器218。
最后，如圖2F所示，在圖2E所示的結(jié)構(gòu)上形成頂部電極層220。頂部電極層220用作電場(chǎng)發(fā)射器件的陽(yáng)極，并且還密閉地密封如圖2E所示制造的三極管結(jié)構(gòu)。
可以通過(guò)采用電子束淀積、熱淀積、濺射、LPCVD(低壓化學(xué)汽相淀積)、溶膠-凝膠合成、電鍍和化學(xué)鍍層技術(shù)之一在真空中淀積金屬來(lái)形成頂部電極層220。用于形成頂部電極層220的金屬可以是，例如，Ti、Nb、Mo或Ta，它一般用作吸氣劑。否則，頂部電極層220可以含有Al、Ba、V、Zr、Cr、W、導(dǎo)電聚合物材料、金屬氧化物、金屬氮化物和金屬硫化物中的一種。此外，頂部電極層220的厚度優(yōu)選在大約從300nm到1μm的范圍內(nèi)。
同時(shí)，圖3A到3F表述了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的剖面圖。
除了形成陽(yáng)極絕緣層211來(lái)代替氧化鋁層212之外，本發(fā)明的第二實(shí)施例具有與如圖2A至2F所示的本發(fā)明第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。
下面將詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)發(fā)射器件的制造工藝。
首先，如圖3A所示，在支撐襯底200上形成底部電極層202、電阻層204和柵極絕緣層206。盡管已經(jīng)說(shuō)明了在柵極絕緣層206和底部電極層202之間形成電阻層204，但是也可以省略電阻層204的形成。然后，在柵極絕緣層206上，依次形成柵電極層208、陽(yáng)極絕緣層211和鋁層210。
這里，上述層的形成工藝以及其中所包含的材料與參照?qǐng)D2A所述的相同，除了用于形成陽(yáng)極絕緣層211的工藝和材料以外。陽(yáng)極絕緣層211是通過(guò)進(jìn)行電子束淀積、熱淀積、濺射、LPCVD(低壓化學(xué)汽相淀積)、溶膠-凝膠合成、電鍍和化學(xué)鍍層技術(shù)之一來(lái)形成的。陽(yáng)極絕緣層211可以含有SiO2或金屬氧化物，并優(yōu)選厚度大約為500nm。此外，在蝕刻陽(yáng)極絕緣層211時(shí)，可以采用離子研磨、干法蝕刻、濕法蝕刻和陽(yáng)極氧化技術(shù)中的一種。
接著，如圖3B所示，通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝處理鋁層210，使其成為其中具有亞微米孔213的氧化鋁層212。
接下來(lái)，如圖3C所示，干法蝕刻氧化鋁層212的阻擋層214、陽(yáng)極絕緣層211和柵電極層208。然后，如圖3D所示，蝕刻?hào)艠O絕緣層206，以使得其中具有連接到氧化鋁層212的相應(yīng)孔的亞微米孔。
之后，如圖3E所示，除去氧化鋁層212，然后在柵極絕緣層206的孔中形成發(fā)射器218?？梢酝ㄟ^(guò)將氧化鋁層212浸在磷酸的溶液或磷酸與鉻酸的混合溶液中來(lái)進(jìn)行除去氧化鋁層212的工藝。
最后，如圖3F所示，在如圖3E所示的結(jié)構(gòu)上形成頂部電極層220。頂部電極層220用作電場(chǎng)發(fā)射器件的陽(yáng)極，并且還密閉地密封如圖3E所示制造的三極管結(jié)構(gòu)。
盡管在前面參照?qǐng)D3A到3F的說(shuō)明中沒(méi)有給出關(guān)于這些層中所含有的材料、制造這些層的工藝和這些層的尺寸的詳細(xì)說(shuō)明，但是在所有附圖中，相同參考標(biāo)記表示相應(yīng)的部分，并因此參照?qǐng)D2A到2F所給出的說(shuō)明也同樣適用于圖3A到3F中所示的相應(yīng)部分。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例示出并說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)中所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件，包括支撐襯底；在所述支撐襯底上形成的底部電極層，該底部電極層用作該器件的陰極；在所述底部電極層上形成的柵極絕緣層，該柵極絕緣層具有用作該器件的柵極孔的多個(gè)第一亞微米孔；在所述柵極絕緣層上形成的柵電極層，該柵電極層具有多個(gè)第二亞微米孔，每個(gè)第二亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)所述第一亞微米孔；在所述柵電極層上形成的氧化鋁層，該氧化鋁層具有多個(gè)第三亞微米孔，每個(gè)第三亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)所述第二亞微米孔；用于將該器件密閉地密封在真空中的頂部電極層，該頂部電極層形成在所述氧化鋁層上，并且用作該器件的陽(yáng)極；以及用于在強(qiáng)電場(chǎng)中發(fā)射電子的多個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器形成在相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述發(fā)射器含有金屬、半導(dǎo)體或碳材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述碳材料選自由碳納米纖維、碳納米管、碳納米顆粒和非晶碳材料構(gòu)成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括在所述底部電極層和所述柵極絕緣層之間形成的電阻層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述電阻層含有SiO2或金屬氧化物。
6.一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造的具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件，包括支撐襯底；在所述支撐襯底上形成的底部電極層，該底部電極層用作該器件的陰極；在該底部電極層上形成的柵極絕緣層，該柵極絕緣層具有用作該器件的柵極孔的多個(gè)第一亞微米孔；在所述柵極絕緣層上形成的柵電極層，該柵電極層具有多個(gè)第二亞微米孔，每個(gè)第二亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔；在所述柵電極層上形成的陽(yáng)極絕緣層，該陽(yáng)極絕緣層具有多個(gè)第三亞微米孔，每個(gè)第三亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)第二亞微米孔；用于將該器件密閉地密封在真空中的頂部電極層，該頂部電極層形成在所述陽(yáng)極絕緣層上，并且用作該器件的陽(yáng)極；以及用于在強(qiáng)電場(chǎng)中發(fā)射電子的多個(gè)發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器形成在相應(yīng)的一個(gè)第一亞微米孔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，其中所述發(fā)射器含有金屬、半導(dǎo)體或碳材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，其中所述碳材料選自由碳納米纖維、碳納米管、碳納米顆粒和非晶碳材料構(gòu)成的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的器件，還包括在所述底部電極層和所述柵極絕緣層之間形成的電阻層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中所述電阻層含有SiO2或金屬氧化物。
11.一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的方法，該方法包括如下步驟(a)在支撐襯底上形成底部電極層，該底部電極層用作該器件的陰極；(b)在所述底部電極層上依次形成柵極絕緣層、柵電極層和鋁層；(c)通過(guò)在所述鋁層上進(jìn)行陽(yáng)極氧化工藝，由此將所述鋁層轉(zhuǎn)變成所述氧化鋁層，從而在氧化鋁層中形成多個(gè)第一亞微米孔；(d)蝕刻所述氧化鋁層的阻擋層和所述柵電極層，由此通過(guò)所述第一亞微米孔暴露出所述柵極絕緣層的表面；(e)在所述柵極絕緣層中形成多個(gè)第二亞微米孔，由此每個(gè)所述第一亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)所述第二亞微米孔；(f)在每個(gè)所述第二亞微米孔中形成用于在強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)射電子的發(fā)射器；以及(g)在真空中在所述氧化鋁層上形成用于密閉地密封該器件的頂部電極層，該頂部電極層用作該器件的陽(yáng)極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(c)中，通過(guò)使用從由草酸、硫酸、磷酸和鉻酸組成的組中選出的電解質(zhì)來(lái)進(jìn)行所述陽(yáng)極氧化工藝。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(d)中，通過(guò)使用離子研磨、干法蝕刻和濕法蝕刻技術(shù)中的一種來(lái)蝕刻所述氧化鋁層的阻擋層和所述柵電極層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(e)中，通過(guò)使用離子研磨、干法蝕刻、濕法蝕刻和陽(yáng)極氧化技術(shù)中的一種來(lái)蝕刻所述柵極絕緣層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)從每個(gè)所述第二亞微米孔的底部生長(zhǎng)金屬來(lái)形成所述每個(gè)發(fā)射器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中通過(guò)向金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽或金屬氯化物的溶液施加DC或AC電壓(或電流)或者電壓(或電流)脈沖來(lái)生長(zhǎng)所述金屬。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在化學(xué)地激活該底部表面之后通過(guò)使用金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽或金屬氯化物的溶液來(lái)生長(zhǎng)所述金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)將金屬附著到每個(gè)所述第二亞微米孔的底部來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)在每個(gè)所述第二亞微米孔的底部形成碳納米結(jié)構(gòu)來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)是碳納米管、碳納米纖維、非晶碳和碳納米顆粒中的一種，這些碳納米結(jié)構(gòu)是通過(guò)使用熱分解構(gòu)成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中通過(guò)在200-800℃下熱分解碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氫氣的氣體混合物來(lái)進(jìn)行所述熱分解。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)是碳納米管、碳納米纖維、非晶碳和碳納米顆粒中的一種，這些碳納米結(jié)構(gòu)都是通過(guò)使用等離子體分解構(gòu)成的。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)將預(yù)合成碳納米管硫化，并且向其施加Au-S化學(xué)合成工藝來(lái)形成所述每個(gè)發(fā)射器。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)在預(yù)合成的碳納米結(jié)構(gòu)上進(jìn)行電鍍工藝來(lái)形成所述每個(gè)發(fā)射器。
25.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(f)中，在每個(gè)所述第二亞微米孔中形成一個(gè)以上的發(fā)射器。
26.一種通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝制造具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件的方法，該方法包括如下步驟(a)在支撐襯底上形成底部電極層，該底部電極層用作該器件的陰極；(b)在所述底部電極層上依次形成柵極絕緣層、柵電極層、陽(yáng)極絕緣層和鋁層；(c)通過(guò)在所述鋁層上進(jìn)行陽(yáng)極氧化工藝，由此將所述鋁層轉(zhuǎn)變成所述氧化鋁層，從而在氧化鋁層中形成多個(gè)第一亞微米孔；(d)蝕刻所述氧化鋁層的阻擋層、所述陽(yáng)極絕緣層和所述柵電極層，由此通過(guò)所述第一亞微米孔暴露出所述柵極絕緣層的表面；(e)在所述柵極絕緣層中形成多個(gè)第二亞微米孔，由此每個(gè)所述第一亞微米孔連接到相應(yīng)的一個(gè)所述第二亞微米孔；(f)除去所述氧化鋁層；(g)在每個(gè)所述第二亞微米孔中形成用于在強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)射電子的發(fā)射器；以及(h)在真空中在所述陽(yáng)極絕緣層上形成用于密閉地密封該器件的頂部電極層，該頂部電極層用作該器件的陽(yáng)極。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中在步驟(c)中，通過(guò)使用從由草酸、硫酸、磷酸和鉻酸組成的組中選出的電解質(zhì)來(lái)進(jìn)行所述陽(yáng)極氧化工藝。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(f)中，通過(guò)將所述氧化鋁層浸在磷酸溶液或者磷酸和鉻酸的混合溶液中來(lái)除去所述氧化鋁層。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，通過(guò)從每個(gè)所述第二亞微米孔的底部生長(zhǎng)金屬來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中通過(guò)向金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽或金屬氯化物的溶液施加DC或AC電壓(或電流)或者電壓(或電流)脈沖來(lái)生長(zhǎng)所述金屬。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中在化學(xué)地激活該底部表面之后，通過(guò)使用金屬硫酸鹽、金屬硝酸鹽或金屬氯化物的溶液來(lái)生長(zhǎng)所述金屬。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，通過(guò)將金屬附著到每個(gè)所述第二亞微米孔的底部來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，通過(guò)在每個(gè)所述第二亞微米孔的底部形成碳納米結(jié)構(gòu)來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)是碳納米管、碳納米纖維、非晶碳和碳納米顆粒中的一種，這些碳納米結(jié)構(gòu)是通過(guò)使用熱分解構(gòu)成的。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中通過(guò)在200-800℃下熱分解碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己蜌錃獾臍怏w混合物來(lái)進(jìn)行所述熱分解。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)是碳納米管、碳納米纖維、非晶碳和碳納米顆粒中的一種，這些碳納米結(jié)構(gòu)是通過(guò)使用等離子體分解構(gòu)成的。
37.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，通過(guò)將預(yù)合成碳納米管硫化，并且向其施加Au-S化學(xué)合成工藝來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
38.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，通過(guò)在預(yù)合成的碳納米結(jié)構(gòu)上進(jìn)行電鍍工藝來(lái)形成每個(gè)所述發(fā)射器。
39.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在步驟(g)中，在每個(gè)所述第二亞微米孔中形成一個(gè)以上的發(fā)射器。
全文摘要
通過(guò)使用陽(yáng)極氧化工藝來(lái)制造一種具有三極管結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)發(fā)射器件。該器件包括支撐襯底、用作該器件的陰極的底部電極層、具有多個(gè)第一亞微米孔的柵極絕緣層、具有連接到第一亞微米孔的多個(gè)第二亞微米孔的柵電極層、具有連接到第二亞微米孔的多個(gè)第三亞微米孔的陽(yáng)極絕緣層、用作該器件陽(yáng)極并用于密閉地密封該器件的頂部電極層、以及在第一亞微米孔中形成的多個(gè)發(fā)射器。發(fā)射器形成為與該器件的電極盡可能地緊密接觸，這導(dǎo)致降低器件的驅(qū)動(dòng)電壓。
文檔編號(hào)H01J9/02GK1685460SQ03823411
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月30日
發(fā)明者李建弘, 黃瑄珪, 鄭守桓 申請(qǐng)人:學(xué)校法人浦項(xiàng)工科大學(xué)校