可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收裝置，屬于真空電子技術(shù)中的場(chǎng)發(fā)射電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為III族氮化物半導(dǎo)體材料的一種，AlN帶隙很寬，高達(dá)6.2eV，無(wú)需Cs激活過(guò)程，本身就具有負(fù)電子親和勢(shì)，并具有場(chǎng)發(fā)射所要求的幾乎所有特性，包括良好的化學(xué)與熱穩(wěn)定性、高的熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率、大的載流子迀移率和高的擊穿電壓等，因此是一種優(yōu)異的冷陰極材料。
[0003]但是作為冷陰極材料，AlN也有自己的不足，那就是由于Al原子的存在，表面容易氧化形成氧化鋁薄膜，氧化鋁薄膜不導(dǎo)電，也不具有負(fù)電子親和勢(shì)特性，因此對(duì)AlN表面的電子發(fā)射形成了阻礙。在AlN冷陰極材料生長(zhǎng)、器件制備和性能測(cè)試過(guò)程中，AlN會(huì)多次暴露在空氣中，容易因氧化而形成氧化鋁薄膜。尤其是在場(chǎng)發(fā)射器件制備過(guò)程中，需要在AlN表面采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法生長(zhǎng)二氧化硅或氮化硅絕緣膜，長(zhǎng)時(shí)間的加熱和接觸氧氣的過(guò)程大大加劇了 AlN冷陰極材料的表面氧化，影響了其電子發(fā)射性會(huì)K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，可以減少AlN冷陰極材料的表面氧化，提高其電子發(fā)射性能。
[0005]為了克服【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明提供一種可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]一 η 型 SiC 襯底；
[0007]一 η型金屬電極，其制作在η型SiC襯底下表面；
[0008]一 AlN冷陰極，其外延生長(zhǎng)在η型SiC襯底上；
[0009]一金屬陽(yáng)極；
[0010]一二氧化硅絕緣層，其制作在金屬陽(yáng)極上，該二氧化硅絕緣層的中間為電子發(fā)射-接收窗口；
[0011]其中該制作有二氧化硅絕緣層的金屬陽(yáng)極扣置在AlN冷陰極的表面；
[0012]一高壓源，其正極連接金屬陽(yáng)極；
[0013]—電流計(jì)，其正極連接高壓源，負(fù)極與η型金屬電極連接。
[0014]本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于在金屬陽(yáng)極上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法生長(zhǎng)二氧化硅絕緣層，然后通過(guò)光刻和腐蝕的方法露出接收電子的窗口，窗口面積和形狀由光刻版進(jìn)行控制。在對(duì)AlN冷陰極進(jìn)行電子發(fā)射性能測(cè)試時(shí)，直接將AlN冷陰極和上述帶有二氧化硅絕緣層的金屬陽(yáng)極對(duì)準(zhǔn)并固定，然后放入真空系統(tǒng)中，即可進(jìn)行測(cè)試，大大減少了 AlN冷陰極與氧氣或空氣接觸的時(shí)間。
[0015]由于上述技術(shù)的運(yùn)用，與現(xiàn)有器件結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0016](I)本發(fā)明在金屬陽(yáng)極上生長(zhǎng)二氧化硅絕緣層并制作電子發(fā)射-接收窗口，在保留對(duì)電子發(fā)射-接收窗口位置、面積和形狀進(jìn)行精確控制的同時(shí)，避免了在AlN冷陰極表面生長(zhǎng)二氧化硅絕緣層、并通過(guò)光刻和腐蝕的方法制作電子發(fā)射窗口的過(guò)程中，AlN冷陰極被加熱和長(zhǎng)時(shí)間暴露于氧氣氣氛下容易在表面形成氧化鋁薄膜的不足之處，可以有效地降低表面氧化層的阻礙作用，提高AlN冷陰極的電子發(fā)射性能。
[0017](2)采用本發(fā)明中二氧化硅絕緣層制作于金屬陽(yáng)極之上的電子接收結(jié)構(gòu)，無(wú)需在AlN冷陰極表面進(jìn)行絕緣膜生長(zhǎng)和發(fā)射窗口制作，可以在AlN冷陰極生長(zhǎng)完畢后，與陽(yáng)極對(duì)準(zhǔn)并固定，直接放入真空系統(tǒng)中進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能的測(cè)試，能夠更迅速地獲得不同的外延生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)AlN冷陰極場(chǎng)發(fā)射性能的影響，并通過(guò)測(cè)試結(jié)果的反饋對(duì)AlN冷陰極的外延生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，可以大大加快冷陰極材料的研制進(jìn)程。
【附圖說(shuō)明】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖，并結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0019]圖1是一種減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0020]圖2是一種減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，包括:
[0022]一 η型SiC襯底11，所述η型SiC襯底11的電阻率為0.02-0.2 Ω.cm，厚度為200-500 μm ；
[0023]— η型金屬電極10，其制作在η型SiC襯底11下表面，所述η型金屬電極10的材料為Ni或Ni/Au，所述Ni或Ni/Au中的Ni層厚度為50_200nm，Au層厚度為50_200nm ；Ni或Ni/Au薄膜經(jīng)退火形成歐姆接觸，退火氣氛為氮?dú)饣驓鍤?，退火溫度?50°C，退火時(shí)間為 l-5min ；
[0024]一 AlN冷陰極12，其外延生長(zhǎng)在η型SiC襯底11上，所述AlN冷陰極12的厚度為10-500nm，Si 摻雜濃度為 I X 1018-1 X 1020cm_3 ；
[0025]一金屬陽(yáng)極15，所述金屬陽(yáng)極15為Au、Ag、Cu、Al或不銹鋼，或制作在玻璃或藍(lán)寶石基片上的單一金屬或復(fù)合金屬，或制作在玻璃之上的銦錫氧化物電極；
[0026]一二氧化硅絕緣層13，其制作在金屬陽(yáng)極15上，該二氧化硅絕緣層13的中間為電子發(fā)射-接收窗口 14，所述二氧化硅絕緣層13是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法生長(zhǎng)，厚度為0.1-2 μ m，所述電子發(fā)射-接收窗口 14是制作在金屬陽(yáng)極15上，通過(guò)光刻和腐蝕的方法在二氧化硅絕緣層13上制作窗口，窗口面積和形狀由光刻版進(jìn)行控制；
[0027]其中該制作有二氧化硅絕緣層13的金屬陽(yáng)極15扣置在AlN冷陰極12的表面；
[0028]一高壓源16，其正極連接金屬陽(yáng)極15，所述高壓源16為場(chǎng)發(fā)射過(guò)程提供高電壓，電壓范圍為0-5kV ；
[0029]—電流計(jì)17，其正極連接高壓源16，負(fù)極與η型金屬電極10連接，所述電流計(jì)17用于測(cè)量金屬陽(yáng)極15接收到的電子電流，測(cè)量范圍為IXKT9-1XKr1Ac
[0030]上述在η型SiC襯底11上外延生長(zhǎng)的AlN冷陰極12和在金屬陽(yáng)極15上制作的二氧化硅絕緣層13、電子發(fā)射-接收窗口 14共同構(gòu)成AlN冷陰極電子發(fā)射-接收器件，其場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試于真空系統(tǒng)中進(jìn)行，系統(tǒng)的真空度為I X KT1-1 X 1-8Pa0
[0031]圖2是一種減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程示意圖，具體包括:
[0032]一金屬陽(yáng)極20，所述金屬陽(yáng)極20為Au、Ag、Cu、Al、不銹鋼等金屬薄片，或制作在玻璃、藍(lán)寶石基片上的單一金屬或復(fù)合金屬薄層，或制作在玻璃之上的銦錫氧化物電極；
[0033]一二氧化硅絕緣層22，其制作在金屬陽(yáng)極21上，該二氧化硅絕緣層22是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法生長(zhǎng)，厚度為0.1-2 μπι；
[0034]一電子發(fā)射-接收窗口 25，其制作在金屬陽(yáng)極23上，通過(guò)光刻和腐蝕的方法在二氧化硅絕緣層24上制作窗口，窗口面積和形狀由光刻版進(jìn)行控制。
[0035]圖2所示的電子接收結(jié)構(gòu)是將金屬陽(yáng)極之上的二氧化硅絕緣層光刻并腐蝕后露出的電子發(fā)射-接收窗口。當(dāng)AlN冷陰極薄膜在金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)中生長(zhǎng)完畢后，不需要再在AlN冷陰極表面進(jìn)行二氧化硅絕緣層的生長(zhǎng)和電子發(fā)射-接收窗口制作，可以將AlN冷陰極與帶有電子發(fā)射-接收窗口的金屬陽(yáng)極對(duì)準(zhǔn)并固定，直接放入真空系統(tǒng)中進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能的測(cè)試，避免了 AlN冷陰極在生長(zhǎng)二氧化硅絕緣層的過(guò)程中被加熱和長(zhǎng)時(shí)間暴露于氧氣氣氛下容易在表面形成氧化鋁薄膜的不足之處，可以有效地降低AlN表面氧化層的阻礙作用，提高AlN冷陰極的電子發(fā)射性能。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，包括: 一 η型SiC襯底； 一 η型金屬電極，其制作在η型SiC襯底下表面； 一 AlN冷陰極，其外延生長(zhǎng)在η型SiC襯底上； 一金屬陽(yáng)極； 一二氧化硅絕緣層，其制作在金屬陽(yáng)極上，該二氧化硅絕緣層的中間為電子發(fā)射-接收窗口 ； 其中該制作有二氧化硅絕緣層的金屬陽(yáng)極扣置在AlN冷陰極的表面； 一高壓源，其正極連接金屬陽(yáng)極； 一電流計(jì)，其正極連接高壓源，負(fù)極與η型金屬電極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中η型SiC襯底的電阻率為0.02-0.2 Ω.cm，厚度為200-500 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中η型金屬電極的材料為Ni或Ni/Au，所述Ni或Ni/Au中的Ni層厚度為50_200nm，Au層厚度為50_200nm。
4.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中AlN冷陰極的厚度為10-500nm，Si摻雜濃度為I X 118-1 X 102°cnT3。
5.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中金屬陽(yáng)極為Au、Ag、Cu、Al或不銹鋼，或制作在玻璃或藍(lán)寶石基片上的單一金屬或復(fù)合金屬，或制作在玻璃之上的銦錫氧化物電極。
6.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中二氧化硅絕緣層的厚度為0.1-2 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中電子發(fā)射接收窗口的面積和形狀由光刻版進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中高壓源為場(chǎng)發(fā)射過(guò)程提供高電壓，電壓范圍為05kV。
9.如權(quán)利要求1所述的可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，其中電流計(jì)用于測(cè)量金屬陽(yáng)極接收到的電子電流，測(cè)量范圍為IXKT9-1XKr1Ac
【專(zhuān)利摘要】一種可以減少AlN冷陰極表面氧化的電子接收結(jié)構(gòu)，包括：一n型SiC襯底；一n型金屬電極，其制作在n型SiC襯底下表面；一AlN冷陰極，其外延生長(zhǎng)在n型SiC襯底上；一金屬陽(yáng)極；一二氧化硅絕緣層，其制作在金屬陽(yáng)極上，該二氧化硅絕緣層的中間為電子發(fā)射-接收窗口；其中該制作有二氧化硅絕緣層的金屬陽(yáng)極扣置在AlN冷陰極的表面；一高壓源，其正極連接金屬陽(yáng)極；一電流計(jì)，其正極連接高壓源，負(fù)極與n型金屬電極連接。本發(fā)明可以減少AlN冷陰極材料的表面氧化，提高其電子發(fā)射性能。
【IPC分類(lèi)】H01J1-304, H01J1-38
【公開(kāi)號(hào)】CN104681374
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093713
【發(fā)明人】陳平, 趙德剛, 朱建軍, 劉宗順, 江德生, 楊輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日