一种片上微型电子源及制造方法、电子源系统、电子设备技术方案

本申请公开了一种片上微型电子源及其制造方法、电子源系统、电子设备，其中片上微型电子源可以包括衬底，衬底上形成有驱动电极对，驱动电极对存在间隙，间隙中形成有导体盘和电子隧穿结，电子隧穿结由阻变材料层发生软击穿形成，导体盘与电子隧穿结中的导电区域接触，驱动电极对用于驱动电子隧穿结发出电子束。这样，在电子隧穿结中的导电区域的导体盘，可以在对阻变材料层进行软击穿形成电子隧穿结时表面出现等电势，因此在一定程度上缩短了需要击穿的阻变材料层的宽度，相比于未形成有导体盘的器件而言，需要更小的驱动的电压，且降低了对驱动电极对的间隙的工艺要求。了对驱动电极对的间隙的工艺要求。了对驱动电极对的间隙的工艺要求。

【技术实现步骤摘要】
一种片上微型电子源及制造方法、电子源系统、电子设备


[0001]本申请涉及电子科学与
，尤其涉及一种片上微型电子源及其制造方法、电子源系统、电子设备。

技术介绍

[0002]电子源是一种提供可在自由空间运动的电子束的器件，广泛应用于医用X射线设备、X射线无损检测设备、X射线荧光检测设备、杀菌消毒设备、真空测量和检漏设备、离子电推进设备、电子束检测和成像设备、电子束曝光机、空间电推进器、质谱仪、高功率微波源、电真空器件、智能手机、微波炉、电脑等重要领域。当前，电子源的微型化和片上化是限制以上设备微型化和片上化的主要瓶颈之一，高性能小尺寸的片上微型电子源是重要的电子元器件。
[0003]片上(on-chip)微型电子源(miniature electron source)的研究始于1960年代，目前已有多种片上微型电子源。然而，现有的片上微型电子源的整体发射电流较小、器件体积大、功耗高、集成困难，不能满足较多的应用需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了一种片上微型电子源及其制造方法、电子源系统、电子设备，以降低电子源的驱动电压，从而降低电子源功耗，进而使其满足较多的应用需求。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：
[0006]本申请实施例提供了一种片上微型电子源，包括：
[0007]衬底；
[0008]所述衬底上的驱动电极对，所述驱动电极对存在间隙；
[0009]所述间隙中形成有导体盘和电子隧穿结，所述电子隧穿结由阻变材料层发生软击穿形成，所述导体盘与所述电子隧穿结的导电区域接触，所述驱动电极对用于驱动所述电子隧穿结发出电子束。
[0010]可选的，所述导体盘形成于阻变材料层的上表面或内部。
[0011]可选的，所述导体盘为一个或多个。
[0012]可选的，所述微型电子源还包括：
[0013]所述衬底上方固定的聚焦电极，所述聚焦电极上形成有纵向贯穿所述聚焦电极的聚焦通道，用于在所述电子束通过时减小所述电子束的束斑尺寸。
[0014]可选的，所述聚焦电极为导体结构；或所述聚焦电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。
[0015]可选的，所述聚焦电极和所述衬底之间形成有第一支撑部件，所述第一支撑部件为绝缘部件。
[0016]可选的，所述聚焦电极为被导电层覆盖的绝缘结构时，所述绝缘结构和所述第一支撑部件为一体化结构。
[0017]可选的，所述第一支撑部件为位于所述驱动电极对的外侧的侧墙，所述驱动电极对具有导电端延伸至所述第一支撑部件的外侧。
[0018]可选的，还包括：
[0019]所述衬底和所述聚焦电极之间固定的引出电极，用于为所述电子束提供电子加速电场；所述引出电极上形成有纵向贯穿所述引出电极的引出通道。
[0020]可选的，所述引出电极为导体结构；或所述引出电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。
[0021]可选的，所述引出电极和所述衬底之间形成有第二支撑部件，所述第二支撑部件为绝缘部件。
[0022]可选的，所述引出电极为被导电层覆盖的绝缘结构时，所述绝缘结构和所述第二支撑结构为一体化结构。
[0023]可选的，所述第二支撑部件为位于所述驱动电极对的外侧的侧墙，所述驱动电极对具有导电端延伸至所述第二支撑部件的外侧。
[0024]可选的，所述驱动电极对与所述衬底接触，所述阻变材料层形成于所述驱动电极对之间。
[0025]可选的，所述驱动电极对和所述衬底之间形成有阻变材料层，在所述驱动电极对的间隙正对的阻变材料层中形成有电子隧穿结。
[0026]可选的，所述驱动电极对包括延伸至两个区域电极之外的两个相对的指状电极，每个所述区域电极包括至少一个指状电极。
[0027]可选的，所述衬底下方还形成有热沉。
[0028]本申请实施例还提供了一种电子源系统，包括基座，以及所述的微型电子源；所述基座用于为所述微型电子源提供支撑，并为所述微型电子源提供电源连接端口，所述电源连接端口用于为所述微型电子源供电。
[0029]可选的，所述电子源系统还包括控制模块；所述控制模块与所述电源连接端口连接，用于通过所述电源连接端口为所述微型电子源供电。
[0030]本申请实施例还提供了一种电子设备，至少包括所述的微型电子源，或所述的电子源系统。
[0031]可选的，所述电子设备包括以下设备的至少一种：医用X射线设备、X射线无损检测设备、X射线荧光检测设备、杀菌消毒设备、真空测量和检漏设备、离子电推进设备、电子束检测和成像设备、电子束曝光机、空间电推进器、质谱仪、高功率微波源、电真空器件、智能手机、微波炉、电脑。
[0032]本申请实施例还提供了一种片上微型电子源的制造方法，包括：
[0033]提供衬底；
[0034]在所述衬底上形成驱动电极对，所述驱动电极对之间存在间隙，所述间隙中形成有阻变材料层；
[0035]在所述间隙中形成与阻变材料层接触的导体盘；
[0036]通过所述驱动电极对使所述阻变材料层发生软击穿，形成电子隧穿结；所述驱动电极对还用于驱动所述电子隧穿结发出电子束。
[0037]可选的，在所述间隙中形成与阻变材料层接触的导体盘，包括：
[0038]在所述阻变材料层的上表面或内部形成与阻变材料层接触的导体盘。
[0039]可选的，所述导体盘为一个或多个。
[0040]可选的，还包括：
[0041]在所述衬底上方固定聚焦电极，所述聚焦电极上形成有纵向贯穿所述聚焦电极的聚焦通道，用于在所述电子束通过时减小所述电子束的束斑尺寸。
[0042]可选的，所述聚焦电极为导体结构；或所述聚焦电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。
[0043]可选的，在所述衬底上固定聚焦电极，包括：
[0044]在所述衬底上形成第一支撑部件，所述第一支撑部件为绝缘部件；
[0045]在所述第一支撑部件上形成聚焦电极。
[0046]可选的，在所述衬底上方固定聚焦电极之前，所述方法还包括：
[0047]在所述衬底上固定引出电极，所述引出电极用于为所述电子束提供电子加速电场，所述引出电极上形成有纵向贯穿所述引出电极的引出通道。
[0048]可选的，所述引出电极为导体结构；或所述引出电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。
[0049]可选的，在所述衬底上固定引出电极，包括：
[0050]在所述衬底上形成第二支撑部件，所述第二支撑部件为绝缘部件；
[0051]在所述第二支撑部件上形成引出电极。
[0052]可选的，所述方法还包括：
[0053]在所述衬底的下方形成与所述衬底接触的热沉。
[0054]相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0055本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上微型电子源，其特征在于，包括：衬底；所述衬底上的驱动电极对，所述驱动电极对存在间隙；所述间隙中形成有导体盘和电子隧穿结，所述电子隧穿结由阻变材料层发生软击穿形成，所述导体盘与所述电子隧穿结的导电区域接触，所述驱动电极对用于驱动所述电子隧穿结发出电子束。2.根据权利要求1所述的微型电子源，其特征在于，所述导体盘形成于所述阻变材料的上表面或内部。3.根据权利要求1所述的微型电子源，其特征在于，所述导体盘为一个或多个。4.根据权利要求1所述的微型电子源，其特征在于，所述微型电子源还包括：所述衬底上方固定的聚焦电极，所述聚焦电极上形成有纵向贯穿所述聚焦电极的聚焦通道，用于在所述电子束通过时减小所述电子束的束斑尺寸。5.根据权利要求4所述的微型电子源，其特征在于，所述聚焦电极为导体结构；或所述聚焦电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。6.根据权利要求4所述的微型电子源，其特征在于，所述聚焦电极和所述衬底之间形成有第一支撑部件，所述第一支撑部件为绝缘部件。7.根据权利要求6所述的微型电子源，其特征在于，所述聚焦电极为被导电层覆盖的绝缘结构时，所述绝缘结构和所述第一支撑部件为一体化结构。8.根据权利要求6所述的微型电子源，其特征在于，所述第一支撑部件为位于所述驱动电极对的外侧的侧墙，所述驱动电极对具有导电端延伸至所述第一支撑部件的外侧。9.根据权利要求1-8任意一项所述的微型电子源，其特征在于，还包括：所述衬底和所述聚焦电极之间固定的引出电极，用于为所述电子束提供电子加速电场；所述引出电极上形成有纵向贯穿所述引出电极的引出通道。10.根据权利要求9所述的微型电子源，其特征在于，所述引出电极为导体结构；或所述引出电极为绝缘结构，所述绝缘结构的上表面和/或下表面形成有导电层。11.根据权利要求10所述的微型电子源，其特征在于，所述引出电极和所述衬底之间形成有第二支撑部件，所述第二支撑部件为绝缘部件。12.根据权利要求11所述的微型电子源，其特征在于，所述引出电极为被导电层覆盖的绝缘结构时，所述绝缘结构和所述第二支撑结构为一体化结构。13.根据权利要求11所述的微型电子源，其特征在于，所述第二支撑部件为位于所述驱动电极对的外侧的侧墙，所述驱动电极对具有导电端延伸至所述第二支撑部件的外侧。14.根据权利要求1-8任意一项所述的微型电子源，其特征在于，所述驱动电极对与所述衬底接触，所述阻变材料层形成于所述驱动电极对之间。15.根据权利要求1-8任意一项所述的微型电子源，其特征在于，所述驱动电极对和所述衬底之间形成有阻变材料层，在所述驱动电极对的间隙正对的阻变材料层中形成有电子隧穿结。16.根据权利要求1-8任意一项所述的微型电子源，其特征在于，所述驱动电极对包括延伸至两个区域电极之外的两个相对的指状电极，每个所述区域电极包括至少一个指状电极。
17.根据权利要求1-8任意一项所述的微型电子源，其特征在于，所述衬底下方还形成有热沉。18....

【专利技术属性】
技术研发人员：魏贤龙，詹芳媛，李志伟，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：