专利名称：受磁场偏转的场发射电子源器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种作为真空电子源的利用磁场偏转原理提高场发射效率的新型场发射电子源器件或阵列，即受磁场偏转控制的场发射电子源器件。
背景技术：
通常的场发射器件是利用电子在强电场作用下从表面逸出的现象，而制做成各种仅受阳极(及其栅板)形成的电场控制的真空器件，但已有的场发射(电子源)器件的驱动电压高，制备工艺复杂，且不受磁场控制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用磁场改变电子运动以提高场发射电流效率，降低场发射驱动电压或使器件发射的电子也能受磁场控制的即受磁偏转的场发射电子源器件。
本实用新型是对已有场发射器件的改进，它包括基板表面上的电极，及其有间距的相互平行或相对的阳极(金属或荧光屏等)并被外玻壳包容固定在真空容器内，其特征是基板表面上有一磁性薄膜层，且磁化方向与电子运动方向不平行。考虑到有些磁性材料的电阻率比较小，从而使得电流从磁性薄膜体内流过，而不是在磁性薄膜的表面，这将降低场发射的效率，为此在磁性薄膜上再沉积一层绝缘材料制成的绝缘层。
本实用新型的基本工作原理在栅极2电压的作用下，阴极3流出的电子在发射区4发生散射，同时加速向栅极运动，同时有部分电子向高压阳极1运动。当磁性薄膜产生的磁场方向与电子的运动方向不一致时，向栅极运动的电子在磁场作用下将发生偏转，使得电子在表面的运动过程中向垂直于薄膜表面的方向运动，使电子更容易被阳极捕获，降低了被栅极捕获的几率，从而提高了场发射的效率。
图1本实用新型基本的立体结构示意图图2具有绝缘层的本实用新型的结构示意图图3具有散射层的本实用新型的结构示意图图4利用磁场偏转场发射电子的本实用新型的剖面结构示意图(略去阳极与外玻壳)图5本实用新型的表面电极阵列的平面结构示意图。
图6本实用新型的表面电极图例之一的叉型结构示意图。
其中1，阳极；2，栅极；3，阴极；4，电子发射区；5，磁性薄膜；6，基板；7，接地端子；8，外玻壳；9，绝缘层；10，散射层。(E1、E2为外接直流电源或脉冲电源)
具体实施方式
如图1，本实用新型包括基板6表面上的表面电极，及其有间距且相互平行或相对的阳极1(板)并被外玻壳8包容固定在真空容器内，其特征是基板6表面上有一磁性薄膜5层，且磁化方向与电子运动方向不平行。
考虑到降低阴极与栅极之间的漏电流，进一步提高电子发射效率，在上述磁性薄膜5上再沉积一层绝缘材料制成的绝缘层9，如图2。
为提高电子在阴极与栅极之间的散射效率，还可在上述磁性薄膜5或绝缘层9上，并在阴极与栅极之间沉积一散射层10，如图3，上述散射层10可以选用介电材料、半导体材料或者几十至几个纳米厚度的金属材料；也可以是磁性材料的纳米颗粒的散射层10。
所述的半导体材料如硅，氧化锌，金刚石等。介电材料(绝缘材料)钛酸锶钡，氧化硅，氧化铝等。金属材料金，铂，钨，铁，镍等。磁性材料氧化物永磁材料，稀土永磁材料，铁镍合金软磁材料。
图4为直接利用磁场偏转阴极3与栅极2之间的场发射的电子，而没有利用电子在阴极与栅极之间散射的另一种结构，作为本实用新型的另一实施例。其结构为在基板6上沉积有的磁性薄膜5表面，再分别沉积有绝缘层9、阴极3和栅极2，并且阴极3与栅极2之间的绝缘层9部分为真空。这种结构不难利用已有的微电子工艺实现。
上述表面上电极包括阴极与栅极或仅有阴极。考虑到进一步提高表面发射的场发射电流并用于平板显示等需要电子源阵列的器件，如图5所示，上述表面的栅极、阴极的电极结构可以重复排列成阵列，即在图1的磁性薄膜5或图2的绝缘层9上的电极，可以排列成图5所示的由多组阴极与栅极相对、相距小于数十微米排布，同时多组阴极由一个电极连接、相对的多组阳极由另一个电极连接的阵列形式；在图1中的磁性薄膜5或图2中的绝缘层9上重复排列多组这样的阵列，形成大面积的阵列，可以用于平板显示、X射线阵列等器件。
另外在图1的磁性薄膜或图2的绝缘层上的电极排列成图6所示的条状阴极与条状栅极相对并且相距小于数十微米的叉形的形式，目的在于通过增大阴极与栅极之间的电子的散射区的面积以进一步提高发射电流。
上述磁性薄膜5，可以是永磁薄膜，也可以是永磁诱导的软磁薄膜。不难采用半导体工艺中的溅射或蒸发等工艺实现。
上述阳极1，可以是荧光屏，也可以是金属板、柱、丝。
上述电源为外部施加在电极上的直流或脉冲电源E1、E2。附图中表示的仅是直流电源。
由此构筑的本实用新型驱动电压低，可受磁场控制，工艺简单，通过替代以往的热电子源，可以省去热电子源的加热部分，从而降低功耗。
权利要求1一种受磁场偏转的场发射电子源器件，它包括基板(6)表面上的表面电极，及其有间距且相互平行或相对的阳极(1)并被外玻壳(8)包容固定在真空容器内，其特征是基板(6)表面上有一磁性薄膜(5)层，且磁化方向与电子运动方向不平行。
2如权利要求1所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是在上述磁性薄膜(5)上再沉积一层绝缘材料制成的绝缘层(9)。
3如权利要求2所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是在上述磁性薄膜(5)或绝缘层(9)上，并在阴极与栅极之间沉积一散射层(10)。
4如权利要求1或2所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是在基板(6)上沉积有的磁性薄膜(5)表面，再分别沉积有绝缘层(9)、阴极(3)和栅极(2)，并且阴极与栅极之间的绝缘层(9)部分为真空。
5如权利要求1或2所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述磁性薄膜(5)，可以是永磁薄膜，也可以是永磁诱导的软磁薄膜。
6如权利要求1所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述表面的栅极、阴极的电极结构由多组阴极与栅极相对、相距小于数十微米排布，可以重复排列成阵列。
7如权利要求1所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述表面的栅极、阴极的电极结构是条状阴极与条状栅极相对并且相距小于数十微米的叉形的形式叉形。
8如权利要求1所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述阳极，可以是荧光屏，也可以是金属板、柱、丝。
9如权利要求3所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述散射层(10)选用介电材料、半导体材料、几十至几个纳米厚度的金属材料。
10如权利要求6所述的受磁场偏转的场发射电子源器件，其特征是上述金属材料为金，铂，钨，铁，镍。
专利摘要一种受磁场偏转的场发射电子源器件。它包括基板表面上的电极，及其有间距的相互平行或相对的阳极并被外玻壳包容固定在真空容器内，其特征是基板表面上有一磁性薄膜层，且磁化方向与电子运动方向不平行。还可在磁性薄膜上再沉积一层绝缘材料制成的绝缘层。也可在上述绝缘层上沉积一散射层。或在基板上沉积有的磁性薄膜表面，再分别沉积有绝缘层、阴极和栅极，并且阴极与栅极之间的绝缘层部分为真空。由此构筑的本实用新型驱动电压低，可受磁场控制，工艺简单，通过替代以往的热电子源，可以省去热电子源的加热部分，从而降低功耗。
文档编号H01J3/00GK2760749SQ20042009884
公开日2006年2月22日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者元光 申请人:中国海洋大学