[0027]第一金屬電極層151和第二金屬電極層152均米用與發射極層130和集電極層140形成良好歐姆接觸的金屬材料，例如Ti/Al/Ni/Au材料系等。
[0028]圖2a至圖2h是根據本發明的實施例的場發射器件的制作流程立體圖。
[0029]在圖2a中，在襯底110上形成緩沖層120。這里，襯底110可例如采用藍寶石、氮化鎵或碳化硅材料等。緩沖層120可采用高阻氮化鎵材料，優選的，緩沖層120可采用摻鐵的聞阻氣化嫁材料。
[0030]在圖2b中，在緩沖層120上形成發射極層130。由于氮化鎵材料具有非常好的電子場發射性能，主要表現為禁帶寬度大、電子親和勢低、化學和力學穩定性高以及不易產生濺射腐蝕等優點，所以其可以作為場發射器件的發射極，以使場發射器件的發射極具有較長的發射壽命。并且與常見的砷化鎵(GaAs)基超晶格結構相比，氮化鎵(GaN)基超晶格結構具有極強的自發極化和壓電極化現象。此外，氮化鎵/鋁鎵氮(GaN/AlGaN)超晶格結構包含著具有不同價帶的合金，從而改善了能帶特性，價帶邊緣的周期性振蕩也增加了載流子的數目，因此，在這里，發射極層130可采用氮化鎵(GaN)基超晶格結構，例如氮化鎵/鋁鎵氮(GaN/AlGaN)超晶格結構。在本實施例中，氮化鎵/鋁鎵氮(GaN/AlGaN)超晶格可為n-GaN/1-AlGaN超晶格，但本發明并不局限于此。
[0031]在圖2c中，將部分發射極層130去除，以使該部分發射極層130覆蓋的緩沖層120暴露，并使剩余部分發射極層130形成尖端。這里，可利用光刻掩膜和刻蝕技術將部分發射極層130去除，并使剩余部分發射極層130形成尖端131。
[0032]在圖2d中，沉積介質膜層170，以將剩余部分發射極層130和圖2c中暴露的緩沖層120完全覆蓋。這里，介質膜層170可采用二氧化硅(S12)材料。此外，所述“將剩余部分發射極層130完全覆蓋”是指所述剩余部分發射極層130的上表面和各個側表面均被介質膜層170所覆蓋。
[0033]在圖2e中，將暴露的緩沖層120上的介質膜層170刻蝕去除掉。
[0034]在圖2f中，在暴露的緩沖層120上形成集電極層140。這里，在集電極層140的與發射極層130的一側端對應的側端形成與尖端131對應的尖凹部141。此外，集電極層140為η型氮化鎵層。換句話說，集電極層140采用η型氮化鎵材料。
[0035]在圖2g中，將完全覆蓋剩余部分發射極層130的介質膜層170去除。這里，由于將形成尖端131的兩個側面上的介質膜層170去除掉，因此，形成尖端131的兩個側面與形成尖凹部141的兩個側面之間形成溝道160。
[0036]在圖2h中，在剩余部分發射極層130和集電極層140上分別形成第一金屬電極151和第二金屬電極152。這里,第一金屬電極層151和第二金屬電極層152均米用與發射極層130和集電極層140形成良好歐姆接觸的金屬材料，例如Ti/Al/Ni/Au材料系等。
[0037]綜上所述，由于氮化鎵(GaN)半導體材料具有2.7?3.5eV低的電子親和勢，可以在異質結構中形成較低發射勢壘，并且氮化鎵具有優越物理特性(高熔點、高遷移率、高熱導率等)和穩定化學性能，可在低壓下實現低的發射率和免除殘余氣體化學吸附，因此可提高本發明的實施例的場發射器件的場增強因子及場致發射特性。另外，在本發明的實施例的場發射器件中，η型摻雜GaN的電子濃度容易提高，并且本發明的實施例的場發射器件可以在高溫高輻射環境下工作。此外，與使用硅(Si)等傳統半導體材料制作的場發射器件的場發射陰極相比，本發明的實施例的場發射器件的場發射陰極壽命更長。
[0038]雖然已經參照特定實施例示出并描述了本發明，但是本領域的技術人員將理解:在不脫離由權利要求及其等同物限定的本發明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細節上的各種變化。
【主權項】
1.一種場發射器件，其特征在于，包括襯底、設置在襯底上的緩沖層、分別設置在緩沖層兩端的發射極層和集電極層、分別設置在發射極層和集電極層上的金屬電極層，其中，發射極層與集電極層之間具有溝道。2.根據權利要求1所述的場發射器件，其特征在于，所述發射極層采用氮化鎵基超晶格結構。3.根據權利要求1或2所述的場發射器件，其特征在于，所述發射極層的一側端具有尖端，所述集電極層的與發射極層的一側端對應的側端具有與所述尖端對應的尖凹部，其中，所述尖端與所述尖凹部配合設置。4.根據權利要求3所述的場發射器件，其特征在于，所述尖端的角度為60度。5.根據權利要求1所述的場發射器件，其特征在于，所述集電極層為η型氮化鎵層。6.根據權利要求1所述的場發射器件，其特征在于，所述緩沖層為高阻氮化鎵層。7.根據權利要求1所述的場發射器件，其特征在于，所述襯底采用的材料為藍寶石或氮化鎵或碳化石圭。8.—種權利要求1至7任一項所述的場發射器件的制作方法，其特征在于，包括步驟: 在襯底上形成緩沖層； 在緩沖層上形成發射極層； 將部分發射極層去除，以使所述部分發射極層覆蓋的緩沖層暴露，并使剩余部分發射極層形成尖端； 沉積介質膜層，以將所述剩余部分發射極層完全覆蓋； 在暴露的緩沖層上形成集電極層； 將完全覆蓋所述剩余部分發射極層的介質膜層去除，以使剩余部分發射極層與集電極層之間形成溝道； 在剩余部分發射極層和集電極層上分別形成金屬電極。9.根據權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述“將所述剩余部分完全覆蓋”是指所述剩余部分發射極層的上表面和各個側表面均被覆蓋。10.根據權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述“沉積介質膜層，以將所述剩余部分發射極層完全覆蓋”具體實現方式包括步驟: 沉積介質膜層，以將所述剩余部分發射極層和暴露的緩沖層完全覆蓋； 將所述暴露的緩沖層上覆蓋的介質膜層去除。
【專利摘要】本發明公開一種場發射器件，其包括襯底、設置在襯底上的緩沖層、分別設置在緩沖層兩端的發射極層和集電極層、分別設置在發射極層和集電極層上的金屬電極層，其中，發射極層與集電極層之間具有溝道。本發明還公開一種場發射器件的制作方法。本發明的場發射器件及其制作方法，可提高場增強因子，并可提高場致發射特性。
【IPC分類】H01J1/304, H01J9/02
【公開號】CN105097380
【申請號】CN201410216831
【發明人】趙德勝, 張寶順
【申請人】中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月22日
【公告號】WO2015176596A1