【技术实现步骤摘要】
碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构
本专利技术涉及一种碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,属于真空电子技术中的场发射电子器件领域。
技术介绍
作为III族氮化物半导体材料的一种,AlN带隙很宽,高达6.2eV,无需Cs激活过程,本身就具有负电子亲和势,并具有场发射所要求的几乎所有特性,包括良好的化学与热稳定性、高的熔点和热导率、大的载流子迁移率和高的击穿电压等,因此是一种优异的冷阴极材料。但是AlN的导电性能很差,阻碍了电子在AlN薄膜中的传输,影响了AlN冷阴极的场发射性能的进一步提高。目前作为冷阴极的AlN薄膜多采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的方式外延生长,经常采用的衬底包括蓝宝石、n型SiC或n型硅基衬底等。在上述几种衬底中,蓝宝石为绝缘材料,导电性能不好,因此需要在AlN薄膜上通过光刻和刻蚀形成台阶结构并制作金属电极,工艺过程比较复杂。n型SiC衬底和n型硅基衬底具有良好的导电性能,两者相比较而言,硅衬底具有更成熟的工艺,更容易实现大规模纳米线阵列或纳米尖锥阵列;但是硅材料的击穿电压较低,在电子发射的过程中尖端结构容易损坏,使得场增强因子减小,或破坏整个二维阵列发射能力的均匀性;SiC衬底的工艺难度较大,但是能耐高压,更适合作为高电压、高发射电流密度和高发射电流的场发射阴极衬底。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,提供一种碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,其是利用负电子亲和势进行电子发射,进一步提高电子发射密度。本专利技术提供一种碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,包括:一n型SiC衬底;一n型金属电极,其制作在n型SiC衬底下表面;一SiC纳米尖端结构 ...
【技术保护点】
一种碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,包括:一n型SiC衬底;一n型金属电极,其制作在n型SiC衬底下表面;一SiC纳米尖端结构,其制作在n型SiC衬底上表面,其与n型SiC衬底的材料相同;一AlN冷阴极薄膜,其制作在SiC纳米尖端结构的上表面;一电压源,其正极与AlN冷阴极薄膜连接,负极与n型金属电极连接;一金属阳极,其位于AlN冷阴极薄膜的上面,且不与AlN冷阴极薄膜接触;一高压源,其正极连接金属阳极;一电流计,其正极连接高压源,负极连接n型金属电极。
【技术特征摘要】
1.一种碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,包括:一n型SiC衬底;一n型金属电极,其制作在n型SiC衬底下表面;一SiC纳米尖端结构,其制作在n型SiC衬底上表面,其与n型SiC衬底的材料相同;一AlN冷阴极薄膜,其制作在SiC纳米尖端结构的上表面;一电压源,其正极与AlN冷阴极薄膜连接,负极与n型金属电极连接;一金属阳极,其位于AlN冷阴极薄膜的上面,且不与AlN冷阴极薄膜接触;一高压源,其正极连接金属阳极;一电流计,其正极连接高压源,负极连接n型金属电极。2.如权利要求1所述的碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,其中n型SiC衬底的电阻率为0.02-0.2Ω·cm,厚度为200-500μm。3.如权利要求1所述的碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,其中n型金属电极的材料为Ni或Ni/Au,所述Ni或Ni/Au中的Ni层厚度为50-200nm,Au层厚度为50-200nm。4.如权利要求1所述的碳化硅衬底上的AlN冷阴极结构,其中SiC纳米尖端结构是通过光刻和刻蚀在n型SiC衬底表面制作的。5.如权利要求1所述的碳化硅衬底上的Al...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈平,赵德刚,朱建军,刘宗顺,江德生,杨辉,
申请(专利权)人:中国科学院半导体研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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