[发明专利]一种带反偏置纳米结的场致电子发射器件结构

权利要求书

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，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10⁷ V/m。

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，所述电极由单个电极或多个电极组成。

3.根据权利要求2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。

4.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。

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，其特征在于，所述N型掺杂半导体的掺杂浓度在10¹⁴ cm^-3～10¹⁸ cm^-3之间，所述P型掺杂半导体的掺杂浓度在10¹⁹ cm^-3～10²¹ 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。

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 eV。

7.权利要求1至6一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：

S1. 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～1 μm；

S2. 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S1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；

S3. 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。

8.权利要求1至6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：

S1.选用表面覆盖有厚度为300 nm～1 μm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；

S2.利用等离子体或化学溶液刻蚀S1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；

S3. 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6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：

S1. 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；

S2.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；

S3. 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。