本发明专利技术公开一种平栅极表面传导场发射阴极结构，包括设置于玻璃基板表面的数据电极、方块栅极阵列、介质层、行扫描电极、电子发射层，数据电极和方块栅极阵列相互平行设置于玻璃基板同一平面，数据电极由多列相互平行的条状阴极电极组成，方块栅极阵列由多列相互平行的方块栅极子阵列组成，每列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，条状介质层设置于相邻的方块栅极间，并与数据电极相互垂直，行扫描电极由纵向连接电极和设置于条状介质层上的多行相互平行的条状横向电极构成，每个纵向连接电极均导通一个方块栅极，电子发射层设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内。该场发射阴极结构不仅可实现栅极低压调控和表面传导，提高电子发射的均匀性和效率，而且具有结构简单、制造工艺容易、成本低廉、制造过程稳定可靠的优点。本发明专利技术还公开一种制造平栅极表面传导场发射阴极结构的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及真空微电子器件制造
，特别是一种。
技术介绍
场致发射显示器(Field Emission Display，FED)是一种新型的平板显示技术，它是阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)技术的延伸，它的工作原理是靠很强的外部电场来压抑物体表面的势垒，使势垒高度降低，宽度变窄，当势垒的宽度窄到可以同电子的波长相比拟时，电子通过隧道效应穿透势垒逸入真空而轰击阳极荧光粉发光。场发射阴极结构是场致发射显示器的核心，常用的阴极结构按照栅极的位置不同，可分为前栅型阴极结构、后栅型阴极结构、平面型阴极结构和表面传导场发射阴极结构。前栅极结构的制作较为困难，制备需要3-5次掩膜工艺，而且在制作过程中场致发射源容易受到破坏，栅极由于加的正电压使得场发射电子可能打在栅极而被截获并且阴极发射对介质层厚度、调制极开口等参数都很敏感。后栅型结构是将栅极埋在阴极之下，解决了前栅结构的制作困难问题，但是该结构失去了栅极对阳极的屏蔽作用而使阴极容易受到离子轰击，且阳极电压不能太高，否则栅极调控作用减弱甚至蜕变为二极FED。平面型阴极结构中的阴极和栅极位于同一个平面，阴极和栅极之间由真空间隙隔开，采用传统的光刻技术能一次性在基板上完成阴极和栅极的制作。已知现有技术的平面型场发射阴极的立体图和结构示意图分别为图1和图2，平面型场发射阴极包括阴极基板 10，设置在阴极基板10上的阴极11和栅极12，其中阴极11由阴极电极110和设置在阴极电极Iio上的电子发射层111所构成，其中阴极11和栅极12相互平行。但是，传统的平面型场发射阴极结构要实现点阵扫描，对驱动电路要求甚高；同时电子发射层111很难均勻分布在阴极电极110表面，从而影响场发射阴极阵列的电子发射均勻性和电子发射效率。表面传导场发射阴极(Surface-conductedField Emission, SCFE)结构是一种平面型的场发射阴极结构，它是基于薄膜场致发射的原理发展而来的，其核心部件是位于玻璃基板上的电子发射源，一层非常薄又比较容易获得电子发射能力的导电薄膜，在薄膜中央有一条宽度约为10 nm的狭缝。但是，传统的SCFE阴极结构中的电子发射层只沉积在阴极和栅极之间的间隙中，阴极与栅极之间的纳米线缝隙是通过脉冲电压烧制而成，其位置和宽度存在一定的偶然性，及电子发射源之间存在较大的偏差，影响电子发射的均勻性； 同时，由于发射电子的间隙只有几个纳米的宽度，许多电子来不及被阳极电场提取就已经被栅极收集，导致电子发射效率非常低。鉴于此，有必要提供一种新型的平栅极表面传导场发射阴极结构，其阴极和栅极的制作工艺简单，电子发射层能均勻、图形化地沉积在阴极电极表面及阴极电极与栅极之间的间隙内，栅极调控电压低，同时阴极电极表面的电子发射层在均勻的电场作用下实现电子发射，并且部分阴极表面电子发射层发射的电子能与阴栅间隙内的电子发射层的场致发射电子相碰撞从而实现二次电子发射，能够有效地提高场发射阴极阵列的电子发射均勻性和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种，该场发射阴极结构不仅可以实现栅极低压调控和表面传导，提高电子发射均勻和效率，而且制造工艺极其简单，易于实现大面积生产制造。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种平栅极表面传导场发射阴极结构，包括玻璃基板和设置于玻璃基板表面的数据电极、方块栅极阵列、介质层、行扫描电极、电子发射层，其特征在于所述数据电极和方块栅极阵列设置于玻璃基板同一平面上，数据电极由多列相互平行的条状阴极电极组成，方块栅极阵列由多列相互平行的方块栅极子阵列组成，每列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，所述条状阴极电极与方块栅极子阵列交替排列且相互平行，所述条状介质层设置于相邻的方块栅极之间，并与数据电极相互垂直，所述行扫描电极由纵向连接电极和设置于条状介质层上的多行相互平行的条状横向电极构成，所述的每个纵向连接电极均对应一个方块栅极，纵向连接电极连接方块栅极，使得方块栅极和行扫描电极导通， 所述电子发射层等间距地设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内。优选的，每列阴极电极和方块栅极子阵列相互平行，且交替分布在玻璃基板同一平面上，阴极电极和方块栅极子阵列之间的间隙为0. ιμπι -200 μ m。优选的，各列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，相邻两个纵向分布的方块栅极之间的距离为 ο μ m-lmm,方块栅极的长度为50 μ m-2mm,方块栅极的宽度为10 μ m-lmm。优选的，所述的条状介质层介质层设置于相邻的方块栅极之间，并与数据电极相互垂直，介质层的厚度为10nm-3 μ m,构成条状介质层的材料包含Si02、Ta2O5, A1N、A1203、 Si3N4, BN, TiO2中的一种或者两种及其以上的组合。优选的，所述数据电极、方块栅极阵列和行扫描电极的材质包括Cr、Cu、Ag、!^、Al、 Ni、Au、Pt、Ti单层薄膜或者任意组合的多层复合薄膜或者合金薄膜，或者具有导电性的 Sn、Zn、In的氧化物中一种或两种及其以上组合的氧化物半导体薄膜。优选的，电子发射层设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内，电子发射层的长度与方块栅极的宽度一致，电子发射层既是一场发射电子源，也是一表面传导电子发射源。优选的，所述电子发射层包含ZnO薄膜、SnA薄膜、In2O3薄膜、PbO薄膜、PtO薄膜、 Bi2O3薄膜、Au膜、Pt膜、1 膜、Ag膜、碳膜中一种或者两种及其以上的组合，电子发射层的厚度为 lnm-50nm,。优选的，所述电子发射层也可包含ZnO纳米线、SnO2纳米线、In2O3纳米线，CuO纳米线、Cu2O纳米线、Fe3O4纳米线、MgO纳米线、AlN纳米线、Bi2O3纳米线和四针状SiO中的一种或者两种及其以上的组合。本专利技术还公开一种平栅极表面传导场发射阴极结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤(1)对整个玻璃进行划片，清洗；(2)在玻璃基板上采用镀膜、光刻的方法制备数据电极和方块栅极阵列；(3)在带有数据电极和方块栅极阵列的玻璃基板上采用光刻、镀膜、剥离方法，或者镀膜、光刻的方法制备条状介质层；(4)在带有数据电极、方块栅极阵列和条状介质层的玻璃基板上采用光刻、镀膜、剥离方法，或者镀膜、光刻的方法制备行扫描电极；(5)采用光刻、镀膜、剥离技术或者镀膜、烧结或者印刷、光刻、烧结或者光刻、热蒸发、 剥离技术的方法在未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内制备电子发射层。本专利技术的有益效果是提供一种平栅极表面传导场发射阴极结构，该结构的数据电极和方块栅极阵列处于同一平面，电子发射层设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内，电子发射层既作为场致电子发射源，又可作为表面传导电子发射源。当向方块栅极施加一个足够大的正电压时，阴极电极与方块栅极之间形成一个电场，阴极电极表面尤其是阴极电极边缘的电子发射材料将出现场致电子发射，该发射电子被方块栅极所形成的电场吸引而向方块栅极运动。在本专利技术中阴栅间隙较窄，飞行电子有足够的时间和空间与阴栅间隙内的电子发射材料与场致本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种平栅极表面传导场发射阴极结构，包括玻璃基板和设置于玻璃基板表面的数据电极、方块栅极阵列、介质层、行扫描电极、电子发射层，其特征在于：所述数据电极和方块栅极阵列设置于上述玻璃基板同一平面上，该数据电极由多列相互平行的条状阴极电极组成，该方块栅极阵列由多列相互平行的方块栅极子阵列组成，每列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，所述条状阴极电极与方块栅极子阵列交替排列且相互平行，所述条状介质层设置于相邻的方块栅极之间，并与数据电极相互垂直，所述行扫描电极由纵向连接电极和设置于条状介质层上的多行相互平行的条状横向电极构成，所述的每个纵向连接电极均对应一个方块栅极，纵向连接电极连接方块栅极，使得方块栅极和行扫描电极导通，所述电子发射层等间距地设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内。
【技术特征摘要】
1.一种平栅极表面传导场发射阴极结构，包括玻璃基板和设置于玻璃基板表面的数据电极、方块栅极阵列、介质层、行扫描电极、电子发射层，其特征在于所述数据电极和方块栅极阵列设置于上述玻璃基板同一平面上，该数据电极由多列相互平行的条状阴极电极组成，该方块栅极阵列由多列相互平行的方块栅极子阵列组成，每列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，所述条状阴极电极与方块栅极子阵列交替排列且相互平行，所述条状介质层设置于相邻的方块栅极之间，并与数据电极相互垂直，所述行扫描电极由纵向连接电极和设置于条状介质层上的多行相互平行的条状横向电极构成，所述的每个纵向连接电极均对应一个方块栅极，纵向连接电极连接方块栅极，使得方块栅极和行扫描电极导通，所述电子发射层等间距地设置于未被条状介质层覆盖的阴极电极表面及阴极电极与方块栅极之间的间隙内。2.根据权利要求1所述的一种平栅极表面传导场发射阴极结构，其特征在于所述每列阴极电极和所述方块栅极子阵列相互平行，且交替分布在玻璃基板同一平面上，阴极电极和方块栅极子阵列之间的间隙为0. 1 μ m -200 μ m。3.根据权利要求1所述的一种平栅极表面传导场发射阴极结构，其特征在于各列方块栅极子阵列由多个等间距纵向分布的方块栅极构成，相邻两个纵向分布的方块栅极之间的距离为 ο μ m-lmm,方块栅极的长度为50 μ m-2mm,方块栅极的宽度为10 μ m-lmm。4.根据权利要求1所述的一种平栅极表面传导场发射阴极结构，其特征在于所述的条状介质层介质层设置于相邻的方块栅极之间，并与数据电极相互垂直，介质层的厚度为 10nm-3 μ m,构成条状介质层的材料包含Si02、Ta2O5, A1N、A1203、Si3N4, BN、TiO2中的一种或者两种及其以上的组合。5.根据权利要求1所述的一种平栅极表面传导场发射阴极结构，其特征在于所述数据电极...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭太良，张永爱，叶芸，林金堂，胡利勤，林志贤，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35
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