专利名称：平栅极表面传导场发射阴极结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及真空微电子器件制造技术领域，特别是一种平栅极表面传导场发射阴极结构及其制作方法。
背景技术：
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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种平栅极表面传导场发射阴极结构及其制作方法，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，本发明的技术方案是
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。本发明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。本发明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。在本发明中阴栅间隙较窄，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发射电子相碰撞，从而产生大量的表面传导电子发射。该部分表面传导电子在阳极电场吸引下被阳极收集，这有利于电子发射效率的提高。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构采用普通的镀膜和光刻工艺即可在基片上完成制作，制造工艺简单，不仅易于生产而且制造成本低，极适合大面积制作和未来工业化生产，具有广阔的市场应用前景。
图1为现有技术的平行栅结构的场发射阴极立体图； 图2为现有技术的平行栅结构的场发射阴极的结构示意图； 图3为本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构的立体图； 图4为本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构的俯视图； 图5为本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构的前视图6为本发明优选实施例的一种平栅极表面传导场发射阴极结构的制造方法流程图； 图7-图10为本发明优选实施例的一种平栅极表面传导场发射阴极结构的具体实施步骤示意图。
附图标号说明
200—玻璃基板；210—数据电极；211—阴极电极；220—方块栅极阵列；221—方块栅极子阵列；222—方块栅极；230—介质层；240—行扫描电极；241—横向电极；242—纵向连接电极；250—电子发射层；260—阴栅间隙。
具体实施例方式
下面结合图3、图4、图5及具体实施例对本发明的一种平栅极表面传导场发射阴，极结构及其制作方法进行阐述。
如图3、图4、图5所示，本发明的一种平栅极表面传导场发射阴极结构，包括玻璃基板200、数据电极210、方块栅极阵列220、介质层230、行扫描电极MO、电子发射层250， 所述数据电极210和方块栅极阵列220设置于玻璃基板200同一平面上，数据电极210由多列相互平行的条状阴极电极211组成，方块栅极阵列220是由多列多列相互平行的方块栅极子阵列221组成，每列方块栅极子阵列221由多个等间距纵向分布的方块栅极222构成， 所述条状阴极电极211与各列方块栅极子阵列221交替排列且相互平行，所述条状介质层 230设置于各列方块栅极子阵列221的每相邻两个方块栅极222之间，并与数据电极210相互垂直，介质层230的厚度为10ηπι-3μπι。所述行扫描电极240设置于条状介质层230上， 行扫描电极MO由相互平行的条状横向电极241和等间距分布在条状横向电极241上的纵向连接电极242组成，每个纵向连接电极242均对应一个方块栅极222，并且纵向连接电极 242与方块栅极222相导通，所述电子发射层250等间距地设置于未被条状介质层230覆盖的阴极电极211表面及阴极电极211与方块栅极222之间的间隙沈0内。在该实施例中，每列阴极电极211和方块栅极子阵列221相互平行，且交替分布在玻璃基板200同一平面上， 阴极电极211和方块栅极子阵列220之间的间隙为0. 1 μ m -200 μ m，各列方块栅极子阵列 221由多个等间距纵向分布的方块栅极222构成，相邻两个纵向分布的方块栅极22之间的距离为10 μ m-lmm,方块栅极222的长度为50 μ m-2mm,方块栅极222的宽度为10 μ m-lmm。 构成条状介质层230的材料包含Si02、Ta205、AlN、A1203、Si3N4、BN、TiO2中的一种或者两种及其以上的组合，数据电极210、方块栅极阵列220和行扫描电极MO的材质包括Cr、Cu、 Ag、Fe、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。电子发射层250包含ZnO薄膜、SnO2薄膜、In2O3薄膜、PbO薄膜、PtO薄膜、Bi2O3薄膜、Au膜、Pt膜、 Pb膜、Ag膜、碳膜中一种或者两种及其以上的组合，也可为ZnO纳米线、SnO2纳米线、In2O3 纳米线，CuO纳米线、Cu2O纳米线、Fii3O4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，电子发射层250的厚度为lnm-50nm。图6为本发明优选实施例一的一种平栅极氧化锡薄膜表面传导场发射阴极结构的制作方法流程图；图7-图10为本发明优选实施例一的一种平栅极氧化锡薄膜表面传导场发射阴极结构的具体实施步骤示意图。请参考图6，并结合图7-10，本发明优选第一实施例提供的一种平栅极氧化锡薄膜表面传导场发射阴极结构的制作方法包括下列步骤
步骤一，玻璃基板200的准备对整个玻璃进行划片，清洗。步骤二，参照图7，数据电极210和方块栅极阵列220的制作，具体过程包括 (a)划片清洗后的玻璃基板200上采用镀膜、光刻的方法制作导电薄膜。在玻璃基板200表面形成数据电极210和方块栅极阵列220，其所用材料可以是 Cr、Cu、Ag、狗、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。本实施例优选采用磁控溅射方法沉积CrM复合薄膜制备数据电极210和方块栅极阵列220。(b)光刻胶旋涂。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有CrNi复合薄膜的玻璃基片200表面，并在110°C保温25min。(c)曝光显影。预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将所需图形的掩膜版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4. 4mff/cm2光刻机上曝光11秒，用浓度为3%的 RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，留下所需的图形。(d)湿法刻蚀。用15-20克硝酸铈，5ml冰乙酸，100毫升水所组成的混合溶液在 50°C水浴中刻蚀。(e)退胶。将湿法刻蚀后的基片浸泡于丙酮溶液中，电极表面的光刻胶因溶于丙酮而脱落，形成数据电极210和方块栅极阵列220。步骤三，条状介质层230的制作，参照图8。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述的条状介质层230厚度为 10nm-3 μ m,构成介质层 230 的材料包含 SiO2, Ta2O5, A1N、A1203、Si3N4、BN、TiO2 中的一种或者两种及其以上的组合。本实施例优先选用Al2O3制备条状介质层230。具体实施方法为
(a)光刻胶旋涂。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有数据电极210和方块栅极阵列220的玻璃基片上，在烘箱中进行烘烤，烘烤温度110°C，保温时间25min ；
(b)曝光显影。预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将制备好的掩模版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4. 4mff/cm2光刻机上曝光11秒，用浓度为3%的RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，留下覆盖方块栅极222、且与阴极电极211 垂直的条状光刻胶图案；
(C)Al2O3介质薄膜镀制。利用溅射或电子束蒸发在上述所制的玻璃基片上沉积一层厚度为10nm-3 μ m Al2O3介质薄膜；
(d)光刻胶剥离。将镀有Al2O3介质薄膜基片浸泡在丙酮溶液中，覆盖方块栅极222、且与阴极电极211垂直的光刻胶会被丙酮溶解而除去其表面上的Al2O3介质层，留下所需的条状介质层230。步骤四，参照图9，行扫描电极MO的制作。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述行扫描电极240所用材料可以是Cr、Cu、Ag、Fe、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。本实施例优选采用光刻、镀膜、剥离技术在带有数据电极210、方块栅极阵列220及条状介质层230的玻璃基板上形成CrCuCr复合薄膜行扫描电极M0，具体实施步骤如下
(a)光刻胶旋涂。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有数据电极210、方块栅极阵列220及条状介质层230的玻璃基片上，在烘箱中进行烘烤，烘烤温度110°C，保温时间 25min ；
(b)曝光显影。预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将制备好的掩模版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4. 4mff/cm2光刻机上曝光11秒，用浓度为3%的RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，形成条状横向电极241和纵向连接电极 242图形，其余部分被光刻胶覆盖；
(c)CrCuCr复合薄膜镀制。利用磁控溅射或电子束蒸发在上述所制的玻璃基片上沉积一层厚度为50nm-200nm CrCuCr复合薄膜；
(d)光刻胶剥离。将镀有CrCuCr复合薄膜基片浸泡在丙酮溶液中，光刻胶会被丙酮溶解从而除去其表面上的CrCuCr复合薄膜，留下所需的CrCuCr行扫描电极M0。步骤五，参照图10，氧化锡薄膜电子发射层250的制作。
本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述电子发射层250包含ZnO薄膜、SnO2薄膜、In2O3薄膜、PbO薄膜、PtO薄膜、Bi2O3薄膜、Au膜、Pt膜、Pb膜、Ag膜、碳膜中一种或者两种及其以上的组合，也可为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。可采用光刻、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所覆盖的阴极电极211表面及阴极电极211与方块栅极222之间的间隙沈0内制备电子发射层250。本实施例优选采用光刻、镀膜、剥离技术的方法制备氧化锡电子发射层250，具体实现过程如下
(a)光刻。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有数据电极210、方块栅极阵列 220、条状介质层230及行扫描电极240的玻璃基片上，在烘箱中进行烘烤，烘烤温度110°C， 保温时间25min ；预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将制备好的掩模版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4. 4mff/cm2光刻机上曝光11秒，用浓度为3%的RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，留下覆盖方块栅极222、条状介质层230及行扫描电极MO的光刻胶图案；
(b)氧化锡薄膜镀制。利用磁控溅射或电子束蒸发在上述所制的玻璃基片上沉积一层厚度为IOnm-IOOnm氧化锡薄膜
(c)光刻胶剥离。将镀有氧化锡薄膜基片浸泡在丙酮溶液中，光刻胶会被丙酮溶解从而除去其表面上的氧化锡薄膜，留下所需的电子发射层250。至此，本发明优选第一实施例的一种平栅极氧化锡薄膜表面传导场发射阴极结构的制造完成。本发明优选第二实施例提供一种平栅极氧化锌纳米线表面传导场发射阴极结构及其制造方法，具体实施步骤如下
步骤一，玻璃基板200的准备对整个玻璃进行划片，清洗。步骤二，参照图7，数据电极210和方块栅极阵列220的制作。划片清洗后的玻璃基板200上采用镀膜、光刻的方法制作导电薄膜。在玻璃基板200表面形成数据电极210 和方块栅极阵列220，其所用材料可以是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。本实施例优选采用磁控溅射方法沉积CrM复合薄膜制备数据电极210和方块栅极阵列220，具体实施如实施例一的步骤二所述。步骤三，参照图8，条状介质层230的制作。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述的条状介质层230厚度为10ηπι-3μπι，构成介质层230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。本实施例优先选用 Al2O3制备条状介质层230。具体实施方法如实施例一的步骤三所述。步骤四，参照图9，行扫描电极MO的制作。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述行扫描电极240所用材料可以是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。本实施例优选采用光刻、镀膜、剥离技术在带有数据电极210、方块栅极阵列220及条状介质层230的玻璃基板上形成CrCuCr复合薄膜行扫描电极M0，具体实施方法筒实施例一的步骤四所述。
步骤五，参照图10，氧化锌纳米线电子发射层250的制作。本发明一种平栅极表面传导场发射阴极结构中，所述电子发射层250包含ZnO薄膜、SnO2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， 也可为SiO纳米线、SnA纳米线、1 纳米线，CuO纳米线、Cu2O纳米线、Fii3O4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。可采用光刻、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所覆盖的阴极电极211表面及阴极电极211与方块栅极222之间的阴栅间隙260内制备电子发射层250。本实施例优选采用光刻、热蒸发、剥离技术的方法制备氧化锌纳米线电子发射层250，具体实现过程如下
(a)光刻。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有数据电极210、方块栅极阵列 220、条状介质层230及行扫描电极240的玻璃基片上，在烘箱中进行烘烤，烘烤温度110°C， 保温时间25min ；预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将制备好的掩模版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4. 4mff/cm2光刻机上曝光11秒，用浓度为3%的RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，留下覆盖方块栅极222、条状介质层230及行扫描电极MO的光刻胶图案；
(b)热蒸发制备氧化锌纳米线电子发射层在带有数据电极210、表面附有光刻胶图案保护的介质层230、扫描电极240和方块栅极阵列220的基板上用热蒸发法生长氧化锌纳米线电子发射层250。在该步骤中，样品的制备是在一个长112cm，内径48mm，外径64mm的石英管中完成的。石英管插放在一个水平的管式炉中。首先将纯度为99. 9%的锌粉放在石英舟中，并将该石英舟在石英管中推放至管式炉的最高温区。再将上述的第三步中形成的附有石墨烯膜层的基片推放至距离石英舟15cm的下风口处。然后将氩气以60SCCM的流量通过石英管 30min。最后将整个系统进行30min的升温，最高温区的温度(蒸发源温度)升至550°C，通入流量为3sCCm的氧气，保温5min。之后关闭加热电源，让整个系统自然冷却至室温。在整个加热、保温和冷却的过程中始终将氩气以60SCCM的流量通过石英管。最后在带有数据电极210、表面附有光刻胶图案保护的介质层230、扫描电极240和方块栅极阵列220的基板上得到氧化锌纳米线阵列。(c)光刻胶剥离。将长有氧化锌纳米线阵列的基片浸在酒精溶液中，介质层、扫描电极和方块栅极阵列表面的光刻胶溶于酒精而脱落。因此在未被条状介质层230所覆盖的阴极电极211表面及阴极电极211与方块栅极222之间的间隙沈0内制备氧化锌纳米线电子发射层WO。至此，本发明优选第二实施例的一种平栅极氧化锌纳米线表面传导场发射阴极结构的制造完成。以上例子主要说明了本发明的平栅极表面传导场发射阴极结构及其制作方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施例方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
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、方块栅极阵列和行扫描电极的材质包括Cr、Cu、Ag、狗、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。
6.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。
7.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、 Pb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，。
8.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。
9.一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。
全文摘要
本发明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。本发明还公开一种制造平栅极表面传导场发射阴极结构的方法。
文档编号H01J29/04GK102262995SQ201110174129
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者叶芸, 张永爱, 林志贤, 林金堂, 胡利勤, 郭太良 申请人:福州大学