一种氧化锌冷阴极及制备方法

技术领域

本申请涉及微纳制造领域，具体而言，涉及一种氧化锌冷阴极及制备方法。

背景技术

传统的热阴极材料具有诸多缺点，如钨丝往往需要在高温条件下(2000℃以上)才会发射电子，这限制了热阴极材料的响应速度，进而影响了以热阴极材料为电子源器件的时间分辨率，同时提高了功耗；热阴极发射的电子能量分散，不易于聚集；材料受到反弹电子的轰击导致材料寿命短等缺点。为克服以上缺点，研究者提出了以冷阴极材料代替热阴极材料。

冷阴极材料基于场致电子发射原理，即在外加电场的作用下，材料表面的电子通过隧穿效应发射到真空中。相比于热阴极材料，冷阴极电子源具有响应速度快、易实现微焦斑、功耗低等优点。冷阴极材料发展至今经历了尖锥型冷阴极(硅、钼)到薄膜型冷阴极(金刚石薄膜)到准一维纳米材料冷阴极(碳纳米管、氧化锌)等三个阶段，其中氧化锌作为一种新兴的准一维氧化物半导体冷阴极材料，受到广泛关注。

现有的氧化锌冷阴极制备方法主要有水热法、化学气相沉积法及热氧化法等方法，但是由于前述方法制备氧化锌冷阴极时，基本都为不定项的气相沉积，导致沉积尺寸不固定，很难制备出小面积的氧化锌冷阴极电子源，无法满足生产需求。同时，如果氧化锌冷阴极电子源的面积偏大，可能导致漏电流偏高，电子束发散导致射线不好控制，进而影响后续的产品质量。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种氧化锌冷阴极及制备方法，本申请的氧化锌冷阴极可以具有小面积发射电子的氧化锌电子源层，且发射电子形成的电子束的发散得以控制，漏电流问题也得到解决。

第一方面，提供了一种氧化锌冷阴极，包括基底、氧化锌电子源层和绝缘薄片。基底上表面形成出预定高度的凸起，氧化锌电子源层形成在凸起的上表面，绝缘薄片围绕凸起分布并设置在基底上，且绝缘薄片与凸起的侧壁贴合。

在一种可实施的方案中，绝缘薄片的上表面高出氧化锌电子源层预定高度。

在一种可实施的方案中，绝缘薄片围绕凸起的一圈呈锥形口，锥形口的扩口端朝上。

在一种可实施的方案中，凸起的直径尺寸小于等于0.2mm。

根据本申请的第二方面，还提供了一种氧化锌冷阴极制备方法，包括以下步骤：

S1、准备一基底；

S2、在基底上方设置遮挡物，对基底的上表面进行激光刻蚀，达到预定刻蚀深度停止激光刻蚀，在遮挡物的下方形成出未被刻蚀的凸起；凸起的高度等于刻蚀深度；

S3、在凸起上形成出氧化锌电子源层；

S4、在围绕凸起周围的基底上表面上键合绝缘薄片，并使绝缘薄片与凸起的侧壁贴合，完成氧化锌冷阴极的制备。

在一种可实施的方案中，在步骤S1之后和步骤S2之前，还包括：将基底进行清洗，分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗预定时间，之后将基底烘干待用；

在步骤S2之后和步骤S3之前，也包括：将基底进行清洗，分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗预定时间，之后将基底烘干待用。

在一种可实施的方案中，步骤S3在凸起上形成出氧化锌电子源层，包括以下步骤：

S31、在基底的凸起表面旋涂沉积助剂层；

S32、在沉积助剂层上利用水热法形成出氧化锌电子源层；

S33、对氧化锌电子源层进行退火。

在一种可实施的方案中，所使用的绝缘薄片的厚度满足：围绕凸起周围的基底上表面上键合绝缘薄片后，使绝缘薄片的上表面高出氧化锌电子源层预定高度。

在一种可实施的方案中，将绝缘薄片围绕凸起的一圈呈锥形口，并使锥形口的扩口端朝上。

在一种可实施的方案中，在步骤S2中，遮挡物不吸收激光且其直径尺寸被设置为小于等于0.2mm。

与现有技术相比，本申请的有益效果至少包括：

本申请的氧化锌冷阴极中，形成在基底上的小面积凸起作为氧化锌电子源层的生长基底，并且绝缘薄片将凸起周围的表面都遮盖住，即使在凸起周围有多余的氧化锌电子源层也可以被绝缘薄片所遮盖，从而只使凸起上的氧化锌电子源层发射电子，降低电子束的发散问题，同时也能降低甚至消除漏电流问题。

采用本申请的氧化锌冷阴极制备方法能够制备出前述的氧化锌冷阴极，在本方法中，首先激光刻蚀可以更快捷、高效率，这样可以减少在刻蚀过程中其他杂质的引入。同时激光刻蚀的精度更高，能够控制凸起达到所需的较小的尺寸，可控性更高。在形成的氧化锌冷阴极中，通过在基底上形成的凸起和起到遮盖作用的绝缘薄片，使得本方法制造出的氧化锌冷阴极的只有凸起上的电子源层发射电子，防止其他部位的电子源层发射出不需要的干扰电子，降低漏电流问题，提高了后续产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种氧化锌冷阴极的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种绝缘薄片具有锥形口的氧化锌冷阴极的结构示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种氧化锌冷阴极制备方法的流程图；

图4为根据本申请实施例示出的一种氧化锌冷阴极制备方法制造冷阴极各环节的结构示意图。

图中：10、基底；11、凸起；20、氧化锌电子源层；30、绝缘薄片；31、锥形口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种氧化锌冷阴极，包括基底10、氧化锌电子源层20和绝缘薄片30。基底10不限于采用硅基底、金属基底、半导体基底等，基底10上表面形成出预定高度的凸起11，凸起11的高度不限，本实施例中的凸起11高度为0.1mm至2mm的区间，根据实际需要可以采用其他高度。氧化锌电子源层20形成在凸起11的上表面。绝缘薄片30围绕凸起11分布并设置在基底10上，且绝缘薄片30与凸起11的侧壁贴合。

本实施例中的氧化锌冷阴极中，形成在基底10上的小面积凸起11作为氧化锌电子源层20的生长基底，并且绝缘薄片30将凸起11周围的表面都遮盖住，即使在凸起11周围有多余的氧化锌电子源层也可以被绝缘薄片30所遮盖，从而只使凸起11上的氧化锌电子源层20发射电子，降低电子束的发散问题，同时也能降低甚至消除漏电流问题。

在本实施例中，如图1所示，绝缘薄片30的上表面高出氧化锌电子源层20预定高度。如此，借助绝缘薄片30形成对氧化锌电子源层20射出的电子束的汇聚作用，以更好的控制电子束的射出方向，提高产品质量。

在本实施例中，如图2所示，绝缘薄片30围绕凸起11的一圈呈锥形口31，锥形口31的扩口端朝上，锥形口31可发挥更好的汇聚作用，起到更近一步地电子束聚焦作用。

在本实施例中，如图1所示，凸起11的直径尺寸可达到小于等于0.2mm，例如5-50μm，如10μm、20μm、30μm等小尺寸。

如图3所示，本实施例还提供了一种氧化锌冷阴极制备方法，并结合附图4,介绍制备方法的步骤，氧化锌冷阴极制备方法包括以下步骤：

S1、准备一基底10；

S2、在基底上方设置遮挡物，设定好激光束的激光强度和刻蚀时间，然后利用激光束对基底的上表面进行激光刻蚀，达到预定刻蚀深度停止激光刻蚀，在遮挡物的下方形成出未被刻蚀的凸起11；凸起11的高度等于刻蚀深度；

S3、在凸起11上形成出氧化锌电子源层20；

S4、在围绕凸起11周围的基底10上表面上键合绝缘薄片30，并使绝缘薄片30与凸起11的侧壁贴合，完成氧化锌冷阴极的制备。

综上可知，采用本实施例的氧化锌冷阴极制备方法后，在形成的氧化锌冷阴极中，通过在基底10上形成的凸起11和起到遮盖作用的绝缘薄片30，使得本方法制造出的氧化锌冷阴极的只有凸起11上的电子源层发射电子，防止其他部位的电子源层发射出不需要的干扰电子，提高后续产品质量，且能够降低漏电流问题。

同时，采用激光刻蚀可以更快捷、高效率，这样可以减少在刻蚀过程中其他杂质的引入。同时激光刻蚀的精度更高，能够控制凸起11达到所需的较小的尺寸，可控性更高。

同时采用激光刻蚀可以使基底材料多样化，并不局限于硅片。

需要说明的是，遮挡物可以是设置在基底10上方的不吸收激光的部件，也可以是涂抹在基底10上表面的不吸收激光的粉末或液态物质。

在本实施例中，在步骤S1之后和步骤S2之前，还可以包括：将基底进行清洗，分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗预定时间，之后将基底烘干待用。在步骤S2之后和步骤S3之前，也可以包括：将基底进行清洗，分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗预定时间，之后将基底烘干待用。

在本实施例中，步骤S3在凸起上形成出氧化锌电子源层，包括以下步骤：

S31、在基底10的凸起11表面旋涂沉积助剂层；

S32、在沉积助剂层上利用水热法形成出氧化锌电子源层20；

S33、对氧化锌电子源层20进行退火。

需要说明的是，氧化锌电子源层也可使用化学气相沉淀法、电化学沉积方法等。

在本实施例中，如图4所示，所使用的绝缘薄片30的厚度满足：围绕凸起11周围的基底10上表面上键合绝缘薄片30后，使绝缘薄片30的上表面高出氧化锌电子源层20预定高度。则绝缘薄片30将凸起11包围后，可以减小凸起11上的氧化锌电子源层20发射的电子束的发散角，发挥出较好的电子束聚焦的作用。

在本实施例中，将绝缘薄片30围绕凸起11的一圈呈锥形口31，并使锥形口31的扩口端朝上，锥形口31进一步提升电子束聚焦作用，提高精度。

在本实施例中，在步骤S2中，遮挡物不吸收激光且其直径尺寸被设置为小于等于0.2mm，例如5-50μm，如10μm、20μm、30μm等小尺寸。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。