专利名称：利用核径迹技术制造场发射真空微电子器件及显示器的制作方法
技术领域：
本文涉及一种场发射真空微电子器件，场发射极和栅极间距离小于电子在真空中的自由程，电子在真空中以弹导方式输运，传输速度快，具有相干性好、透镜效应容易、截止频率高等优点，应用前景开广。主要用于超快开关、微波放大器和发生器、新型光源和显示器、新型电子束光刻机，高强度电子源或离子源等。九十年代后，引起各国科学家的关注。本发明主要叙述一种利用核径迹蚀刻技术制造的场发射真空微电子器件，包括场发射真空微电子二极管、三极管、多极管器件以及真空场发射显示器等。
背景技术：
场发射真空微电子器件的制造方法过去采用著名的Spindt方法以及其他改进的方法，主要工艺是采用微电子器件中通常采用的光刻技术。它工艺复杂，参数控制较难，特别难以制成大尺寸。发明《METHOD FOR PRODUCINGPLANAR SURFACES HAVING VERY FINE PEAKS IN THE MICRONRANGE》曾描述利用核径迹膜制造场发射极，但没有考虑到栅极、极间支撑、电子束通道等形成微电子结构，也没有论述如何获得附合要求的场发射极。本发明利用核径迹蚀刻技术不仅蚀刻出制作场发射极的锥孔，而且可蚀刻出极间支撑、栅极上的电子束通道，在结构上也有改进，它不仅有场发射极、极间支撑、电子束通道、栅极，并且它们集成成一个具有电子发射、传输的系统组件，加上阳极组件在真空条件下，可以形成场发射真空微电子器件及显示器等。在场发射极的制作工艺上不直接采用核径迹薄膜，可获得端部更尖锐的场发射极。
发明内容
一种场发射真空微电子器件及显示器的制造工艺，它由场发射极、栅极、极间支撑、电子束通道、阳极组件的制造及真空密封组装，本发明的制造工艺特征是采用核径迹蚀刻技术，利用一定能量的粒子束辐照并贯穿薄膜或平板状基体，这个基体是电介质材料或者是由电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板，电介质作为极间支撑，导电材料作为栅极。当每个粒子通过电介质材料时，在其径迹(核径迹)附近形成局部改性，电介质上沿粒子径迹(核径迹)的蚀刻速度大于电介质本体的蚀刻速度，因此可蚀刻成各种所需形状的锥孔，所以发射极的形状大小也可以控制，再经填充、再蚀刻等工艺，可制成场发射极、栅极、极间支撑与电子束通道的具有电子发射、传输的组合器件，然后和阳极组件在真空状态下密封组装形成真空微电子器件。主要工艺①选取、制作基体选取、制作电介质材料或者是由电介质材料和导电材料相间复合而成的薄膜或平板图5A所示是由电介质材料和导电材料相间组成的复合而成的薄膜或平板，电介质作为极间支撑，导电材料作为栅极。
若制造场发射真空微电子二极管或场发射真空二极管显示器，基体只要选择适当厚度的电介质材料；若制造场发射真空微电子多极管，其基体制成由几层电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板；若制造成场发射真空显示器，基体中的导电材料分为几个相互绝缘的条状区域，成列状排列；制作发射极和阳极间的极间支撑A和制作栅极和阳极间的极间支撑B为电介质材料，它们可以是如云母、玻璃等无机材料；也可以如聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物；或如醋酸纤维素、硝酸纤维素等塑料。
在极间支撑中间有一层用作栅极的导电材料，可以是如铜、银等金属；也可以是导电复合材料或导电有机材料；场发射极和栅极间的极间支撑A的厚度L＝L1+d1+r1/(1-tgα1)式中L为极间支撑A的厚度。
L1为场发射极细针长度。
d1为场发射极极尖到栅极的距离。
r1为场发射极根部的半径。r1＝L1tgα1α1为场发射极细针的半锥度。
tgα1＝Vb1/Vt1。
Vb1为极间支撑A的本体蚀刻速度。
Vt1为极间支撑A沿核径迹的蚀刻速度。
Vt1/Vb1为极间支撑A的核径迹蚀刻灵敏度。
极间支撑B的厚度主要根据栅极到阳极的距离和极间支撑B上电子束通道孔的直径决定。
L2＝d2+r2/(1-tgα2)式中L2为极间支撑B的厚度。
d2为栅极到阳极的距离。
r2为极间支撑B电子通道出口孔的半径。
α2为基体B上通道孔的半锥角。
tgα2＝Vb2/Vt2Vb2为极间支撑B的本体蚀刻速度。
Vt2为极间支撑B沿核径迹的蚀刻速度。
Vt2/Vb2为极间支撑B的核径迹蚀刻灵敏度。
极间支撑A、极间支撑B和栅极材料在选择时尽可能考虑到蚀刻时不相互影响。
②粒子束辐照用平行的、具有一定能量可以贯穿基体的粒子束垂直辐照上述基体。
如图5B所示，将上述基体利用带电粒子束进行辐照。这些辐照的带电粒子包括由粒子加速器产生的离子束；反应堆中子轰击铀产生的裂变产物；α粒子放射源产生的α粒子；锎252cf自发裂变产生的裂变产物等。辐照的带电粒子的质量(原子序数)必须能引起极间支撑A和极间支撑B的局部改性，以形成核径迹。带电粒子的能量必须使带电粒子贯穿上述基体。辐照时带电粒子基本上垂直于被辐照的作为基体的复合薄膜或平板的平面，使带电粒子所形成的核径迹也基本垂直于上述复合薄膜或平板的平面。当利用粒子加速器产生的离子束辐照时，采用束流扫描、连续生产的辐照装置，辐照的剂量，根据场发射极细针的所需密度决定。
I＝N×S×Z×10-12/6.23式中I为带电粒子束的强度μAN为场发射极细针的密度 /cm2
Z为带电粒子的电荷数S为每秒钟时间内辐照的面积 cm2/sec③初蚀对上述已辐照的复合薄膜或平板分别利用适当的蚀刻剂进行蚀刻，至少在场发射极和栅极间的极间支撑A上蚀刻出场发射极所需的锥孔，其形状、尺寸大小和场发射极的形状、尺寸大小一致；或者如图5C所示，除极间支撑A上制作场发射极的锥孔外，在栅极、极间支撑A、极间支撑B上都预蚀有一定的孔洞。
极间支撑A表面的初蚀时间为t1＝L1/(Vt1-Vb1)极间支撑A表面锥孔的半径为r1＝L1tgα1式中L1发射极细针的长度。
r1发射极细针根部的半径Vb1极间支撑A的本体蚀刻率Vt1极间支撑A沿核径迹的蚀刻率t1极间支撑A的蚀刻时间α1极间支撑A上锥孔的半锥角，即发射极的半锥角tgα1＝Vb1/Vt1孔锥度的大小取决于极间支撑A的材料、辐照荷电粒子的核电荷数及能量、后处理的工艺等。在极间支撑A上的锥孔，按照核径迹蚀刻工艺也可分段处理成阶梯形锥度，也就是说，在根部的锥度较大，在端部锥度较小。这样可使针的发射极细针的端部直径更细小。
若要制作显示器，则对极间支撑A进行选择性蚀刻，也就是说只对准备作为发射区的区域进行蚀刻。选择性蚀刻的方法包括有增敏法及阻蚀法。增敏法是利用紫外光、电子束局部照射某些区域，使该区内的核径迹灵敏度大大提高。阻蚀法是利用一些抗蚀剂局部涂复在不想蚀刻的区域，这些抗蚀剂包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺等高分子聚合物溶于环己酮、丙酮、乙醇、甲苯、二甲苯等溶剂中。
为了达到图5C所示的形状，除了对极间支撑A蚀刻外，还可分别对极间支撑B、栅极材料和极间支撑A进行预蚀刻A.利用适当的蚀刻剂，先对极间支撑B进行预蚀刻，使极间支撑B上的锥孔达到栅极，极间支撑的蚀刻液最好不蚀刻栅极材料，极间支撑B的孔径r2＝Vb2t2(1-Vb2/Vt2)r2′＝Vb2(t2-L2/Vt2)式中r2极间支撑B表面预通道孔的半径r2′极间支撑B和栅极接触区锥孔的半径Vb2极间支撑B本体蚀刻率Vt2极间支撑B沿核径迹的蚀刻率t2极间支撑B的预蚀时间L2极间支撑B的厚度B.利用适当的蚀刻剂，对栅极材料进行蚀刻，使在栅极上形成一定的通孔，其蚀刻液不蚀刻极间支撑A和极间支撑B。
C.对极间支撑A进行预蚀刻，使得到如图5C的形状，其蚀刻液也不蚀刻栅极材料，蚀刻时间T为T＝d1/Vt1式中d1发射极到栅极的距离Vt1基体A沿核径迹的蚀刻率④沉积填充把电子发射材料沉积填充到上述经初蚀基体的锥孔中，并覆盖发射极根部表面，把发射极连在一起，至少形成一个场发射区及连接线对初蚀后在极间支撑A表面已形成的锥孔，至少沉积填充一层具有场电子发射功能的材料，这些材料包括如铜、钼、银等金属及氧化钍等化合物；也可以如碳(石墨、金刚石)、硅、等非金属。沉积填充的方法可以利用如真空镀膜、等离子体沉积等气相沉积；或如化学镀膜、电化学镀膜等液相镀膜方法。形成如图5D所示端部尖锐的发射极细针，并复盖极间支撑A的表面，形成和发射极根部相连的底座。若制作显示器，发射极底座及连线蚀刻成行，也就是每个发射区按行连接，或在沉积填充时，发射区按行沉积填充，每行间保持一定距离，形成绝缘。
⑤再蚀刻利用适当的蚀刻剂分别对上述已沉积填充形成场发射极的基体的极间支撑、栅极进行分步蚀刻，形成极间支撑和栅极所需的电子束通道，形成具有电子发射、传输的场发射系统组件。
对上述已沉积填充形成发射极的基体再次进行分步蚀刻，先利用适当的蚀刻剂对极间支撑B蚀刻，然后用适当的蚀刻剂对栅极蚀刻，最后对极间支撑A、B进一步蚀刻，达到如图5E所示形状。使发射极的尖端暴露在极间支撑A的电子束通道孔中，栅极、极间支撑B的电子束通道、以及极间支撑B和阳极的距离达到设计要求。形成具有电子发射、传输的场发射系统组件。
⑥密封组装将上述已形成场发射极、栅极、电子束通道、极间支撑的场发射系统组件与阳极组件在真空条件下密封组装。
一种场发射真空微电子器件，包括场发射极、栅极、极间支撑、电子通道、阳极组件，在真空状态下密封组装而成，本发明的结构特征在于它有一个基体，这个基体是由电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板，电介质作为极间支撑，导电材料作为栅极，在这个基体上至少有一个电子发射区，电子发射区中至少有一个锥形的、端部尖锐的、由电子发射材料制成的场发射极，场发射极部分埋在场发射极和栅极间的极间极间支撑A中，仅发射极的极端部份暴露在场发射极和栅极间的极间支撑A的电子束通道中，电子发射区中场发射极的根部用导电材料连接，并和阴极控制电路连接，对应每个场发射极在基体中由导电材料制成的栅极上有一个电子束通道孔，在基体中由电介质制成的极间支撑B上也都有电子束通道，它们和阳极组件在真空状态下密封组装而成。
当基体只有一层电介质时，构成场发射真空微电子二极管器件或显示器。
当基体为电介质-导电材料-电介质复合而成时，如图2所示为场发射真空微电子三极管器件及显示器。
当基体为电介质、导电材料相间复合的多层薄膜或平板时，构成场发射真空微电子多极管器件。
当基体为电介质-导电材料-电介质复合而成，其中的导电层分成为相互绝缘间隔的按一定规则排列的导电区域，并经局部选择性蚀刻在场发射极和栅极间的极间支撑上形成阵列的场发射区，场发射区用导电材料按行连接，行间绝缘间隔，场发射区中至少有一个场发射极，场发射极部分埋在基体内，仅端部暴露在基体的电子束通道中，经再蚀刻，在极间支撑和栅极上对应于每个场发射极都有一个与之同轴的电子束通道，形成一个集电子发射、传输、极间支撑一体的集成组件，再和具有荧光层的阳极组件在真空条件下密封组装成真空场发射显示器。
当基体为电介质材料，其中包含有阵列的场发射区，场发射区用导电材料按行连接，行间绝缘间隔，场发射区中至少有一个场发射极，场发射极部分埋在基体内，仅端部暴露在基体的电子束通道中，和具有荧光层的阳极组件在真空条件下密封组装成二极场发射显示器。
本发明的优点在于1.在工艺上采用核径迹蚀刻技术。核径迹蚀刻技术更适宜于连续、大量生产。例如一台粒子束流强度为0.1微安的粒子加速器每小时可辐照数百平方米，曾至数千平方米。
2.工艺不同，其基体电介质材料可采用，如云母、玻璃等无机材料；聚碳酸酯和聚酯等有机高分子聚合物；醋酸纤维素和硝酸纤维素等塑料……。
3.可以制成薄膜型的场发射真空微电子器件。
4.工艺、材料不同，不受尺寸限制，特别是采用粒子束扫描，可以制成大面积的场发射真空微电子器件及显示器。
5.工艺简单，参数容易控制。
6.不仅场发射极的端部很尖锐，整个场发射极直径亦可制成纳米级。
7.在结构上，具有集成化高。场发射真空微电子三极管器件(薄膜)的场发射极、极间支撑A、栅极、极间支撑B、以及电子束通道等集成为一个具有电子发射、传输系统的组件，便于定位、组装。
8.用同样方法可制成场发射多极管微电子器件。
本发明涉及一种场发射真空微电子器件，它有一个基体，这个基体是由一个作为极间支撑的电介质和作为栅极的导电材料相间复合而成的薄膜或平板，在这个基体上至少有一个电子发射区，电子发射区中至少有一个锥形的、端部尖锐的、由电子发射材料制成的场发射极，场发射极部分埋在场发射极和栅极间的极间支撑中，仅发射极的极端部份暴露在场发射极和栅极间的极间支撑的电子束通道中，电子发射区中场发射极的根部用导电材料连接，并和阴极控制电路连接，对应每个场发射极在基体中由导电材料制成的栅极上有一个电子束通道孔，在基体中由电介质制成的极间支撑上也都有电子束通道，它们和阳极组件在真空状态下密封组装而成。这种场发射真空微电子器件结构如图1-4所示。
当基体只有一层电介质时，构成场发射真空微电子二极管器件(薄膜)，其结构如图1的示意图所示，其中1为电子发射极底座及引线。一般由导电材料组成。2为电子发射极，其端部尖锐，直径可为纳米极，发射极的锥度由基体的径迹蚀刻灵敏度(沿径迹的蚀刻率和本体蚀刻率之比)决定。整个发射极的直径也可制成纳米极。发射极的根部可连成一片，成为发射极底座及引线。发射极的密度一般大于106/cm2，其材料至少有一层为电子发射材料，如铜、钼、银等金属及氧化钍等化合物；，也可以如碳(石墨、金刚石)、硅、等非金属。3为极间支撑。其材料为电介质，包括如玻璃、云母等无机材料；聚碳酸酯、聚酯等有机高分子聚合物；以及如硝酸纤维素、醋酸纤维素等塑料。4为电子束通道，每个发射极都有一个电子束通道，其中为真空。9为阳极，材料为可导电的材料，一般为金属材料。它们在真空状态下密封组装而成，或者加上后衬托板(膜)和前屏板(膜)在真空状态下密封组装而成。
当发射极加上负电位，阳极加上正电位，其电位差达到一定值时，发射极在高场强下发射电子，电子通过真空的电子束通道到达阳极。因为极间距离极小，所以电子渡越时间很短。电位差愈大，电子束强度愈大。当电位差减小到一定程度时电子束被抑制。
当基体为电介质-导电材料-电介质复合而成时，如图2所示为场发射真空微电子三极管器件(薄膜)的示意图。其中1为发射极底座及引线，一般由导电材料组成。2为电子发射极，，呈锥形，端部尖锐，半径为纳米极，锥度由基体的核径迹蚀刻灵敏度(沿径迹的蚀刻率和本体蚀率之比)决定，整个发射极细针的直径亦可以是纳米极，发射极的根部可连成一片，可成为发射极底座及引线。发射极的密度一般大于106/cm2其材料为电子发射材料，如铜、钼、银等金属及氧化钍等化合物；也可以如碳(石墨、金刚石)、硅、等非金属材料。3为场发射极和栅极间的极间支撑A，其厚度主要由发射极的高度、发射极和栅极间的距离决定。7为栅极和阳极间的极间支撑B。其厚度主要由栅极和阳极间的距离决定。极间支撑A和极间支撑B的材料为电介质，如玻璃、云母等无机材料；聚碳酸酯、聚酯等有机高分子聚合物；以及如硝酸纤维素、醋酸纤维素等塑料。4为极间支撑A上电子发射极和栅极之间的电子束通道。6为栅极上的电子束通道。8为极间支撑B上栅极和阳极间的电子束通道。和每根发射极对应，在极间支撑A、栅极、极间支撑B上都有一个和场发射极同轴的电子束通道，也可以若干个发射极组成一个区域，在极间支撑B上形成一个电子束通道，其中为真空状态。5为栅极，在栅极上对应于每个发射极细针都有一个允许电子束通过的孔洞，作为电子束通道。栅极一般采用金属等导电材料组成。上述元件集成成一个组件。9为阳极，一般由金属组成。它们在真空状态下密封组装而成，或者加上后衬托板(膜)和前屏板(膜)在真空状态下密封组装而成。
当发射极加上负电位，栅极加上正电位，其电位差达到一定值时，场发射极在高场强下发射电子，电子通过真空状态的电子束通道4、6、8到达阳极9。栅极和场发射极间的电位变化，导致场发射极发射电子束强度的变化。
当基体为电介质-导电材料-电介质复合而成，其中基体中的导电材料分成为相互绝缘间隔的按一定规则排列的导电区域，并经局部选择性蚀刻形成场发射真空微电子显示器，如图3所示，0为显示器的后衬托板(膜)；1为发射极底座及引线，一般由导电材料组成，它们把每一行的电子束发射区连接成一行。2为电子发射极，呈锥形，端部尖锐，半径为纳米极，锥度由基体的核径迹蚀刻灵敏度(沿径迹的蚀刻率和本体蚀刻率之比)决定，整个发射极细针的直径亦可以是纳米极，若干发射极的根部可连成一片，成为一个发射区。每行的发射区相互连接，成为发射极底座及引线，并和发射极控制电路连接。发射极的密度一般大于106/cm2，其材料为电子发射材料，如铜、钼、银等金属及氧化钍等化合物；也可以如碳(石墨、金刚石)、硅、等非金属。3为极间支撑A，其厚度主要由发射极的高度、发射极和栅极间的距离决定。7为极间支撑B。其厚度主要由栅极和阳极间的距离决定。它们的材料为电介质，如玻璃、云母等无机材料；聚碳酸酯、聚酯等有机高分子聚合物；以及如硝酸纤维素、醋酸纤维素等塑料。4为极间支撑A上电子发射极和栅极之间的电子束通道。6为栅极上的电子束通道。8为极间支撑B上栅极和阳极间的电子束通道。和每根发射极细针对应，都有一个贯穿极间支撑A、栅极、极间支撑B的成一个轴线的电子束通道，5为栅极，在栅极上对应于每个发射极细针都有一个允许电子束通过的孔洞，作为栅极电子束通道。栅极分为几列，相互间隔成列状排列，对应每一列栅极中，每个场发射区互相绝缘。栅极一般采用金属等导电材料组成。栅极和栅极控制电路连接。1到8集成为一个具有电子发射极、栅极、电子束通道以及极间支撑的集成体。9为阳极，一般由金属等导电材料组成。10为荧光层。11为透明前屏板(膜)。9到11可集成为一个阳极组件。然后在真空状态下密封组装而成。
图4所示基本上和图3相似，仅在极间支撑B上的电子束通道不同，对应每个电子发射区基体B上的电子束通道蚀刻成一个通道。
当场发射极和栅极的电场达到一定值时，其交叉处的场发射区发射电子，电子束通过极间支撑A上的电子束通道4、栅极电子束通道6以及极间支撑B上的电子束通道8，到达并穿过阳极9，射入荧光层而发光，光的强弱由栅极和发射极间的电位而定。
具体实施例方式
例一①取50微米厚的云母片②利用每个核子能量为7MeV的铀离子垂直辐照上述云母，辐照密度1×107/cm2。
③对上述已辐照的云母片二侧分别用40％的氢氟酸经不同时间蚀刻，使一个面蚀刻深约48微米，另一面蚀刻深约1～2微米深。
④在1～2微米深的蚀刻孔的一侧镀铂⑤把上述镀铂的一面临时作为阴极，用电化学镀膜方法在云母孔中填充铜，直到48微米深的锥孔填满，并一直镀到覆盖该表面，形成底座及连线。
⑥移去临时作电极的铂层。
⑦再用40％的氢氟酸对1～2微米深的孔进一步蚀刻，直到通道孔扩大，发射极尖端不再埋在基体中，而暴露在基体的通道中，发射极尖端到阳极的距离约为1微米左右。
例二①取4微米厚的聚酯薄膜。
②利用20MeV的氖离子垂直于上述薄膜进行辐照。辐照密度1×107个/Cm2。
③利用5mol的氢氧化钠对上述已辐照的聚酯薄膜进行恒温蚀刻，先测定径迹蚀刻速率Vt，再控制薄膜两侧的蚀刻时间t1＝L1/Vt；t2＝L2/Vt.式中L1作为发射极侧的锥孔长度，L2为电子通道侧的锥孔长度.t1是t2的3倍左右，这样在发射极侧的锥孔深约3μm，电子通道侧的锥孔深约1μm。或者只在制作场发射极一侧的平面经t1时间蚀刻。
④用真空镀膜方法在上述已预蚀的薄膜的制作场发射极的一侧镀银，使深孔内充满，并在表面形成一银层，作为底座及连线。
⑤在电子通道侧再用NaOH蚀刻，使通道侧的孔扩大，这样发射极的尖端部分不再埋在基体1内，而显露于电子束通道中，电子通道距离小于1微米。
例三①制取聚碳酸酯-铜-聚碳酸酯的复合材料，作为极间支撑A的聚碳酸酯的厚度为4微米，铜厚为纳米级，极间支撑B的聚碳酸酯厚为8微米。
②利用能量为200Mev的氙离子垂直辐照上述复合薄膜，其密度为1×108/cm2③对上述已辐照的复合薄膜利用紫外线进行局部增敏处理，使基体A的径迹蚀刻灵敏度到1000以上。
④利用氢氧化钠溶液对上述已辐照增敏的复合薄膜进行蚀刻，蚀刻时间为T＝4/Vt。使基体A上的锥孔达到栅极的铜，锥孔的直径只有几个纳米。
⑤对上述已辐照增敏并初蚀的复合薄膜利用栅极作为阴极，在极间支撑A的锥孔内进行电镀填充，使银镀满极间支撑A的孔，形成发射极的细针，并继续电镀，覆盖基体A的表面，形成底座及连线。
⑥对上述已制作发射极的复合薄膜在基体B上利用氢氧化钠溶液蚀刻，形成锥孔，靠栅极处的直径约为0.1微米。
⑦再利用硫酸溶液对栅极进行蚀刻，使栅极上形成孔洞，作为离子束的通道，孔的大小可根据透镜效应决定，对发射极端部也有微小的蚀刻。
⑧对极间支撑A和极间支撑B再次利用氢氧化钠溶液进行蚀刻，使发射极尖端暴露于基体A的电子束通道内，基体B上的电子通道孔扩大。
例四①制取聚碳酸酯-银-聚碳酸酯的复合材料，作为极间支撑A的聚碳酸酯的厚度为3微米，银厚为纳米级，按列排列，其宽度和列数按设计而定。极间支撑B的聚碳酸酯厚为10微米。
②利用40MeV的氧离子辐照上述复合材料，辐照时进行束流扫描、离子束基本垂直于上述复合材料平面。密度控制在3×107个/Cm2左右。
③对上述已辐照的复合材料，在每个电子发射区进行选择预蚀刻。这里采用的选择性蚀刻是局部阻蚀法，也就是除在电子发射区蚀刻产生锥孔外，其它部分利用抗蚀涂层，而不蚀刻。锥孔的蚀刻深度控制到和栅极的距离约为亚微米级。
④利用真空镀膜在上述复合材料的极间支撑A表面镀钼，镀料填充到孔中，并且使每个发射区按行连接，行与行之间绝缘分隔；若镀层为整个平面，则用蚀刻分隔，使发射区成一行一行的排列，每行的场发射区仍保持连接。
⑤对上述已填充的复合材料的极间支撑A、极间支撑B及栅极分别在相应的蚀刻液中进行蚀刻，使达到所需的设计要求，发射极尖端暴露于基体A的电子束通道内，极间支撑B上的孔扩大成电子束通道。形成具有场发射极、栅极、电子束通道和极间支撑的集成组件。
用紫外线局部辐照极间支撑B的电子束通道区域，使核径迹蚀刻灵敏度提高近二十倍，先用氢氧化钠蚀刻极间支撑B，形成0.3微米的孔。
用20％的硝酸蚀刻栅极再用氢氧化钠蚀刻极间支撑B及极间支撑A，达到所需尺寸⑥将阳极、荧光层及透明前屏板(膜)组成的阳极组件和上述场发射极、栅极、极间支撑、电子束通道的集成组件、后衬板(膜)在真空条件下密封组装成显示屏(膜)。
权利要求
1.一种场发射真空微电子器件，它由场发射极、栅极、支柱、阳极组件在真空条件下密封组装而成，本发明技术特征是有一个基体，这个基体是由电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板，电介质作为极间支撑，导电材料作为栅极，在这个基体上至少有一个电子发射区，电子发射区中至少有一个锥形的、端部尖锐的场发射极，场发射极至少由一层电子发射材料制成，场发射极部分埋在场发射极和栅极的极间支撑A中，仅发射极的尖端部份暴露在场发射极和栅极的极间支撑A的电子束通道中，电子发射区中场发射极的根部用导电材料连接，并和场发射极控制电路连接，对应每个场发射极在基体中由导电材料制成的栅极上有一个电子束通道孔，在基体中由电介质制成的极间支撑B上也都有电子束通道，它们和阳极组件在真空状态下密封组装而成。
2.一种真空场发射显示器，它由场发射极、栅极、支柱、阳极和荧光层组件在真空条件下密封组装而成，本发明的技术特征是有一个基体，这个基体是由电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板，电介质作为极间支撑，导电材料成条状分布，条状导电材料间互为绝缘，作为栅极，场发射极和栅极间的极间支撑A上有阵列排列的场发射区，每个场发射区中至少有一个锥形的、端部尖锐的场发射极、场发射极至少由一层电子发射材料制成，场发射极部分埋在场发射极和栅极间的极间支撑A中，仅发射极的尖端部份暴露在场发射极和栅极间的极间支撑A的电子束通道中，发射区按行连接，并连接到场发射极控制电源，场发射区的行与条状栅极互为垂直，栅极和栅极控制电源连接，对应每个场发射极在栅极上有一个电子束通道孔、在极间支撑B上也都有电子束通道，它们和阳极、荧光层组件在真空状态下密封组装而成。
3.一种场发射真空微电子器件及显示器的制造工艺，涉及场发射极、栅极、支柱、阳极组件的制作及在真空条件下的密封组装，本发明其制造工艺特征是采用核径迹蚀刻技术，主要工艺①选取、制作基体基体为电介质材料、导电材料相间复合而成的薄膜或平板②粒子束辐照用平行的、具有一定能量的粒子束垂直辐照上述基体平面，并产生核径迹③初蚀利用适当的蚀刻剂初蚀上述已辐照的基体，至少在基体的场发射极和栅极间的极间支撑上蚀刻产生一定尺寸的锥孔，锥孔的形状、大小和场发射极形状、大小一致④沉积填充至少在上述已经初蚀的基体的锥孔中沉积填充一层电子发射材料，并覆盖发射极根部表面，把发射极连在一起⑤再蚀刻利用适当的蚀刻剂分别对上述已沉积填充形成场发射极的基体上的极间支撑、栅极进行蚀刻，形成极间支撑和栅极所需的电子束通道，形成具有电子发射、传输的场发射系统组件⑥密封组装将上述已形成场发射极、栅极、电子束通道的场发射系统组件与阳极组件在真空条件下密封组装。
4.根据权利1-3，其特征是基体为电介质材料的薄膜或平板。
5.根据权利1-3，其特征是基体为几层电介质、导电材料相间复合的薄膜或平板。
6.根据权利1-3，其特征是基体中导电材料分成相互绝缘间隔的按一定规则排列的条状导电区域。
7.根据权利要求3规定，其特征是初蚀还可以对基体上其它极间支撑、栅极进行预蚀刻。
8.根据权利要求3规定，其特征是初蚀工艺可以是局部选择性蚀刻，选择性蚀刻包括增敏法、阻蚀法。
9.根据权利要求3规定，其特征是沉积填充的方法包括如真空镀膜、等离子体沉积等气相沉积；以及如化学镀膜、电化学镀膜等液相沉积方法。
10.根据要求1-3，其特征是场发射极可多层次沉积填充。
全文摘要
本发明公开了一种利用核径迹蚀刻技术制造场发射真空微电子器件及显示器的工艺和结构。利用本发明的方法，不仅材料易得，工艺简单，参数容易控制，集成度高，更适宜于大规模连续生产，成本较低。在结构上不仅可以制成大平面的平板形器件及显示器，而且可以制成大面积薄膜形器件及显示器。本发明的主要技术方案是利用一定能量的粒子束辐照并贯穿基体，这个基体是电介质材料或者是由电介质和导电材料相间复合而成的薄膜或平板。当粒子通过电介质时，在其径迹附近形成局部改性，因此可蚀刻成各种所需形状的锥孔，经沉积填充、再蚀刻等工艺，制成具有电子发射、传输的组合器件。
文档编号H01J63/00GK1835179SQ200510024398
公开日2006年9月20日 申请日期2005年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者毕明光, 徐桂凤, 毕颖 申请人:毕明光