统(PECVD)在发射体表面沉积一层厚度约为20?50 nm的非晶硅；
52.利用PECVD沉积厚度为800?1000nm的S12，作为绝缘层；
53.利用磁控溅射沉积系统沉积厚度约为200nm的金属Cr层；
54.旋涂厚度约为2.4μπι的光学光刻胶(苏州瑞红)；
55.利用等离子刻蚀系统对光学光刻胶进行刻蚀，使其厚度剩余约100nm；
56.利用质量比为3:5:20的高氯酸、硝酸铈铵、去离子水混合溶液对金属Cr进行刻蚀，刻蚀时间为90 s，去除未被光刻胶覆盖的金属Cr ；
57.将样品放入丙酮溶液中超声清洗5min，去除剩余的光刻胶；
58.利用体积比为1:1的去离子水和HF酸的混合溶液对S12进行刻蚀，刻蚀时间为65s; ZnO—维纳米结构被非晶硅覆盖，不和HF溶液接触，因此不受刻蚀；
59.利用ICP刻蚀去除ZnO—维纳米结构表面的非晶硅；
S10.将电极(阳极)组装在此结构的正上方，从而制备出具有双电极的p-Si/n-ZnO场致电子发射器件结构，如图1 (b)所示。
[0032]实施例6
实验方法同实施例5，唯一不同的是将氧化锌替换为N型掺杂的二氧化锡、三氧化二铁、氧化钛、氧化钨等金属氧化物或硅、氮化镓、磷化铟等材料中的任一种。
[0033]实施例7
实验方法同实施例5，唯一不同的是将P型掺杂的硅一维纳米结构替换为镍、铂、金、银等金属一维纳米结构或P型掺杂的氮化镓等半导体的一维纳米结构中的任一种。
[0034]实施例8
带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构(三个电极，发射体:ρ-Si/n-ZnO)的制备，包括以下步骤:
51.在实施例1，S7制备得到的ρ-Si/n-ZnO纳米发射体的基础上，利用薄膜沉积系统在发射体表面沉积一层厚度约为20?50 nm的非晶硅；
52.利用PECVD沉积厚度为500?600nm的S12层，作为绝缘层；
53.利用磁控派射系统沉积厚度约为200nm的金属Cr层；
54.旋涂厚度约为2.4μπι的光学光刻胶(苏州瑞红)；
55.利用ICP刻蚀系统对光刻胶进行刻蚀，使其厚度剩余约100nm；
56.利用质量比为3:5:20的高氯酸、硝酸铈铵、去离子水混合溶液对金属Cr进行刻蚀，刻蚀时间为90 s，去除未被光刻胶覆盖的金属Cr ；
57.将样品放入丙酮溶液中超声清洗5min，去除剩余的光刻胶；
58.重复步骤S2?S7;
59.利用体积比为1:1的去离子水和HF酸的混合溶液对S12进行刻蚀，刻蚀时间为65s，此时由于ZnO—维纳米结构被非晶硅覆盖，不和HF溶液接触，因此不受刻蚀；
510.利用ICP刻蚀去除ZnO—维纳米结构表面的非晶硅；
511.将电极(阳极)组装在此结构的正上方，制备出具有三个电极的p-Si/n-ZnO场致电子发射器件结构，如图1 (c)所示。
[0035]实施例9
实验方法同实施例8，唯一不同的是将氧化锌替换为N型掺杂的二氧化锡、三氧化二铁、氧化钛、氧化钨等金属氧化物或硅、氮化镓、磷化铟等材料中的任一种。
[0036]实施例10
实验方法同实施例8，唯一不同的是将P型掺杂的硅一维纳米结构替换为镍、铂、金、银等金属一维纳米结构或P型掺杂的氮化镓等半导体一维纳米结构中的任一种。
【主权项】
1.一种带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，该器件结构由发射体和电极构成;所述发射体由两段一维纳米材料组成，其一段为用于发射电子的N型掺杂半导体，另一段为P型掺杂半导体，或者是能与所述N型掺杂半导体形成肖特基接触的金属;所述两段一维纳米材料接触形成PN结或肖特基结，所述PN结或肖特基结突出于衬底表面。2.根据权利要求1所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，所述一维纳米材料的直径小于200 nm，PN结或肖特基结外表面电场强度大于17 V/m。3.根据权利要求1所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，所述电极由单个电极或多个电极组成。4.根据权利要求3所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，当所述电极是一个阳极时，所述阳极位于发射体的正上方；当所述电极含有一个阳极和一个栅极时，所述阳极位于发射体的正上方，所述栅极位于阳极和衬底表面之间；当所述电极含有一个阳极、一个第一栅极，一个第二栅极时，所述阳极位于发射体的正上方，所述第二栅极位于PN结或肖特基结所在位置的水平线上，所述第一栅极位于阳极和第二栅极之间。5.根据权利要求1所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，所述PN结或肖特基结的位置处于发射体尖端10 nm以下，发射体高度的1/2处以上。6.根据权利要求1所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，所述N型掺杂半导体的掺杂浓度在114 cm—3?118 cm—3之间，所述P型掺杂半导体的掺杂浓度在119 cm—3?121 cm—3之间，所述P型掺杂半导体的掺杂浓度大于所述N型掺杂半导体的掺杂浓度的10倍以上。7.根据权利要求1所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，其特征在于，所述能与所述N型掺杂半导体形成肖特基接触的金属的费米能级与所述N型掺杂半导体费米能级的差值大于0.4 eVo8.权利要求1至7—项所述带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: .51.在P型掺杂半导体或能与所述N型掺杂半导体形成肖特基结的金属材料上制备直立取向的一维N型掺杂半导体纳米结构，所述一维N型掺杂半导体纳米结构的高度为300 nm?I μπι； .52.以制备的一维N型掺杂半导体纳米结构为掩模，使用等离子体或化学溶液刻蚀SI所述的P型掺杂半导体或者金属材料，制备高度为200?800 nm的P型半导体或金属一维纳米结构，获得带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的发射体； .53.利用微加工工艺方法集成栅极，并组装阳极，制备出带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构。9.权利要求1至7任一项所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: .51.选用表面覆盖有厚度为300nm?I μπι的N型掺杂半导体薄膜的P型掺杂半导体衬底或金属衬底，在表面制备出直径为100?200 nm的掩模或掩模阵列； .52.利用等离子体或化学溶液刻蚀SI所述的N型掺杂半导体薄膜及P型掺杂半导体衬底或金属衬底，获得带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的发射体； .53.利用微加工工艺方法集成栅极，并组装阳极，制备出带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构。10.权利要求1至7任一项所述的带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: .51.在导电材料上，直接生长P型掺杂半导体一维纳米结构或能与所述N型掺杂半导体形成肖特基结的一维金属纳米结构； .52.在所制备的一维纳米结构顶端定位生长N型掺杂半导体一维纳米结构，制备出带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构的发射体； .53.利用微加工工艺方法集成栅极，并组装阳极，制备出带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构。
【专利摘要】本发明公开了一种带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构，该器件结构由发射体和电极构成；所述发射体由两段一维纳米材料组成，其一段为用于发射电子的N型掺杂半导体，另一段为P型掺杂半导体，或者是能与所述N型掺杂半导体形成肖特基接触的金属；所述两段一维纳米材料接触形成PN结或肖特基结，所述PN结或肖特基结突出于衬底表面；该器件结构的反偏置纳米结具有限流效应，可抑制场发射电流波动，同时电极施加的电场在纳米结结区的贯穿效应使纳米结的电阻随电场的增大而减小，提高发射体的耐压（耐流）能力，改善器件的可靠性并减弱由于结电阻压降而导致的驱动电压过高及功耗过大的问题，且有利于提高阵列中发射体场发射特性的均匀性。
【IPC分类】H01J29/48, H01J9/02
【公开号】CN105679628
【申请号】CN201610036745
【发明人】佘峻聪, 罗来堂, 曹涛, 邓少芝, 许宁生, 陈军
【申请人】中山大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月20日