一种电子束器件及其制作方法技术

本公开涉及一种电子束器件及其制作方法，包括：半导体衬底以及半导体衬底表面的GaN/AlGaN复合层，GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极，GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极，阴极和阳极之间设有调制输入端和调制输出端。由于GaN/AlGaN复合层是由排列整齐的晶格原子构成的半导体材料，在阳极和阴极之间施加电压偏置时，GaN/AlGaN复合层的异质结界面处产生的电子束流穿行于这些晶格原子中，其漂移速度将会受到极大的限制，因此，该电子束流在一个时间周期内的运行距离就相应地减小了，这样，可以大大地缩小电子束器件的尺寸，实现电子束器件的微型化，解决了传统电子束器件尺寸过大的问题。

An Electron Beam Device and Its Fabrication Method

The present disclosure relates to an electron beam device and its fabrication method, including a GaN/AlGaN composite layer on a semiconductor substrate and a semiconductor substrate surface, a cathode at one end of the GaN/AlGaN composite layer, an anode at the other end of the GaN/AlGaN composite layer, and a modulation input terminal and a modulation output terminal between the cathode and the anode. Because the GaN/AlGaN composite layer is a semiconductor material consisting of orderly lattice atoms, when applied voltage bias between the anode and cathode, the electron beam generated at the interface of the heterojunction of GaN/AlGaN composite layer travels through these lattice atoms, and its drift velocity will be greatly limited. Therefore, the running distance of the electron beam in a period of time decreases correspondingly. In this way, the size of electron beam devices can be greatly reduced, the miniaturization of electron beam devices can be realized, and the problem of excessive size of traditional electron beam devices can be solved.

【技术实现步骤摘要】
一种电子束器件及其制作方法
本公开涉及电子
，具体地，涉及一种电子束器件及其制作方法。
技术介绍
早期的电子技术均依赖于电子管，电子管由一个电子枪和若干控制电极构成，所有部件封装在一个真空的玻璃管中。工作时，在电子管两端施加特定的电压偏置，令电子管的阴极发出电子束，在附近的加速极电压的牵引下，形成电子束流（亦称电子注），该电子束流在真空中行进，最终到达电子管的阳极，并且在外电路回路中形成电流。以速调电子管为例，上述的电子束流在其行进的路程上，可以接收阴极附近、通过狭隙耦合进来的微波信号进行调制。由于电子束具有群聚的特性，因此可以对电子束进行速度调制，经漂移后再转变成为密度调制。当群聚的电子束行进体与输出腔狭隙相遇时，电子束通过该狭隙将动能转换给输出腔微波场，完成微波振荡或放大。从电特性看，传统电真空管的调制特性，线性度等指标都是很好的，主要的问题在于尺寸比较大，耗电量也大。以全部由电真空管组成的世界上第一台计算机ENIAC为例，ENIAC是一个庞然大物，使用了18000多只电真空管，1500个继电器，功率140千瓦，重量30吨，占地约170平方米，运算速度只有每秒5000次。电真空管占据较大的尺寸、空间的原因主要是因为在真空玻璃管中，电子束的行进速度非常快。以电子束速度为光速的1/10，也就是3×107m/s进行估算，令微波频率为1GHz，也就是一个周期时间为10-9s，则一个周期电子束行进距离为3cm，所以传统的电真空管，通常都是几cm或者十几cm的量级。
技术实现思路
为克服上述问题，本公开的目的是提供一种电子束器件及其制作方法。为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种电子束器件，包括：半导体衬底以及所述半导体衬底表面的GaN/AlGaN复合层，所述GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极，所述GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极，所述阴极和所述阳极之间设有调制输入端和调制输出端。可选地，所述GaN/AlGaN复合层的表面设有绝缘层，所述调制输入端和所述调制输出端包括：在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设的窗口，以及在所述窗口内沉积的金属层，其中，所述金属层与所述GaN/AlGaN复合层形成金属-半导体接触。可选地，所述GaN/AlGaN复合层的表面设有绝缘层，所述调制输入端和所述调制输出端包括：在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设的窗口、所述窗口内沉积的栅介质层以及所述栅介质层上沉积的金属层，其中，所述窗口的底部延伸至所述GaN/AlGaN复合层中。可选地，所述调制输入端、所述调制输出端包括一个或者多个。可选地，所述GaN/AlGaN复合层是由一个或者多个GaN层，以及一个或者多个AlGaN层组成的复合层，其中，所述GaN层的厚度为10～2000纳米，所述AlGaN层的厚度为1～50纳米，所述阳极和所述阴极之间的距离为1微米～300毫米。可选地，所述绝缘层包括Si3N4绝缘层，所述窗口的宽度为0.5～50微米，所述预设距离为1～50微米。根据本公开实施例的第二方面，提供一种电子束器件，包括第一电子束器件和第二电子束器件，所述第一电子束器件和所述第二电子束器件包括本公开实施例第一方面所述的电子束器件，所述第一电子束器件和所述第二电子束器件为同一半导体衬底，所述第一电子束器件的调制输出端和所述第二电子束器件的调制输入端连接。根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子束器件的制作方法，包括：以半导体材料为底衬，在所述衬底的表面沉积GaN/AlGaN复合层；在所述GaN/AlGaN复合层的一端制作阴极，在所述GaN/AlGaN复合层的另一端制作阳极；在所述阴极和所述阳极之间制作调制输入端和调制输出端。可选地，在所述GaN/AlGaN复合层的表面沉积绝缘层，在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设窗口，并在所述窗口内沉积金属层，得到所述调制输入端和所述调制输出端，其中，所述金属层与所述GaN/AlGaN复合层形成金属-半导体接触。可选地，在所述GaN/AlGaN复合层的表面沉积绝缘层，在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设窗口，在所述窗口内沉积栅介质层，并在所述栅介质层上沉积金属层，得到所述调制输入端和所述调制输出端。通过上述技术方案，包括：半导体衬底以及该半导体衬底表面的GaN/AlGaN复合层，该GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极，该GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极，该阴极和该阳极之间设有调制输入端和调制输出端。在GaN/AlGaN复合层的异质结界面处，由于自发极化和压电极化，将会产生高密度的正的净束缚电荷，这些正电荷将会吸引负电荷，使得在异质结界面处形成面密度很高的二维电子气。在阴极和阳极之间施加电压偏置时，该二维电子气就形成了从阴极向阳极的定向漂移运动。由于GaN/AlGaN复合层是由排列整齐的晶格原子构成的半导体材料，电子束流穿行于这些晶格原子时，其漂移速度将会受到极大的限制，因此，该电子束流在一个时间周期内的运行距离就相应地减小了，这样，可以大大地缩小电子束器件的尺寸，实现电子束器件的微型化，解决了传统的电真空管尺寸过大的问题。同时，通过调制输入端引入外部电信号，可对电子束器件内的电子束流进行调制。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是根据一示例性实施例示出的一种电子束器件的结构示意图；图2是根据一示例性实施例示出的另一种电子束器件的结构示意图；图3是根据一示例性实施例示出的一种电子束器件的制作方法的流程图；图4是根据一示例性实施例示出的另一种电子束器件的制作方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。为解决传统电子束器件尺寸过大的问题，本公开提供一种电子束器件及其制作方法，在GaN/AlGaN复合层的异质结界面处，由于自发极化和压电极化，将会产生高密度的正的净束缚电荷，这些正电荷将会吸引负电荷，使得在异质结界面处形成面密度很高的二维电子气。在阴极和阳极之间施加电压偏置时，该二维电子气就形成了从阴极向阳极的定向漂移运动。由于GaN/AlGaN复合层是由排列整齐的晶格原子构成的半导体材料，电子束流穿行于这些晶格原子时，其漂移速度将会受到极大的限制，因此，该电子束流在一个时间周期内的运行距离就相应地减小了，这样，可以大大地缩小电子束器件的尺寸，实现电子束器件的微型化，解决了传统的电真空管尺寸过大的问题。同时，通过调制输入端引入外部电信号，可对电子束器件内的电子束流进行调制。下面通过具体的实施例对本公开的内容进行详细的说明。图1是根据一示例性实施例示出的一种电子束器件的结构示意图，如图1所示，该电子束器件包括：半导体衬底1以及该半导体衬底1表面的GaN/AlGaN复合层，该GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极2，该GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极3，该阴极2和该阳极3之间设有调制输入端4和调制输出端5。在本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束器件，其特征在于，包括：半导体衬底以及所述半导体衬底表面的GaN/AlGaN复合层，所述GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极，所述GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极，所述阴极和所述阳极之间设有调制输入端和调制输出端。

【技术特征摘要】
1.一种电子束器件，其特征在于，包括：半导体衬底以及所述半导体衬底表面的GaN/AlGaN复合层，所述GaN/AlGaN复合层的一端设有阴极，所述GaN/AlGaN复合层的另一端设有阳极，所述阴极和所述阳极之间设有调制输入端和调制输出端。2.根据权利要求1所述的电子束器件，其特征在于，所述GaN/AlGaN复合层的表面设有绝缘层，所述调制输入端和所述调制输出端包括：在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设的窗口，以及在所述窗口内沉积的金属层，其中，所述金属层与所述GaN/AlGaN复合层形成金属-半导体接触。3.根据权利要求1所述的电子束器件，其特征在于，所述GaN/AlGaN复合层的表面设有绝缘层，所述调制输入端和所述调制输出端包括：在分别距离所述阴极和所述阳极为预设距离的绝缘层上开设的窗口、所述窗口内沉积的栅介质层以及所述栅介质层上沉积的金属层，其中，所述窗口的底部延伸至所述GaN/AlGaN复合层中。4.根据权利要求2或3所述的电子束器件，其特征在于，所述调制输入端、所述调制输出端包括一个或者多个。5.根据权利要求4所述的电子束器件，其特征在于，所述GaN/AlGaN复合层是由一个或者多个GaN层，以及一个或者多个AlGaN层组成的复合层，其中，所述GaN层的厚度为10～2000纳米，所述AlGaN层的厚度为1～50纳米，所述阳极和所述阴极之间的距离为1微米～300毫米。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗景涛，严可为，
申请(专利权)人：西安众力为半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61