[发明专利]电子枪及电子显微镜

权利要求书

1.一种电子枪，其包含经配置以产生主电子束的场发射器，其中所述场发射器包括：

单晶硅衬底，其具有相对第一及第二表面且包含至少一个一体场发射器突出部，所述场发射器突出部具有一体连接到所述硅衬底且从所述第二表面延伸到尖端部分的固定部分，

碳化硅SiC层，其至少密闭地安置于所述尖端部分所述场发射器突出部上，使得在操作期间，通过所述尖端部分离开所述单晶硅衬底以形成所述主电子束的电子仅穿过所述SiC层，

其中所述SiC层包括至少75％SiC。

2.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述单晶硅衬底经p型掺杂为具有小于约10¹⁹cm^-3的掺杂级。

3.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述SiC层包括大于90原子％SiC。

4.根据权利要求1所述的电子枪，其进一步包括用于在操作期间将所述场发射器维持在小于约10^-10托的真空等级的构件。

5.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述单晶硅衬底经n型掺杂为具有约10¹⁵cm^-3到约10¹⁹cm^-3之间的掺杂级。

6.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述单晶硅衬底具有大于约10μm的厚度且经p型掺杂为具有小于约10¹⁴cm^-3的掺杂级。

7.根据权利要求6所述的电子枪，其进一步包括经配置以照明所述单晶硅衬底的所述第一表面的光源，其中所述光源包括激光二极管及发光二极管中的一者，其经配置使得能够控制所述主电子束的发射电流使之与从所述光源传输到所述单晶硅衬底中的光的量成比例。

8.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述SiC层具有1nm到10nm范围内的厚度。

9.根据权利要求1所述的电子枪，其中定位于距所述尖端部分100nm的半径内的所述SiC层的一部分包括小于10原子％氧。

10.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述场发射器场发射器突出部包括圆锥、角锥及圆形晶须中的一者；且

其中所述场发射器突出部的所述尖端部分具有小于50nm的横向尺寸。

11.根据权利要求10所述的电子枪，其中所述场发射器突出部的所述尖端部分具有大于5nm的横向尺寸。

12.根据权利要求1所述的电子枪，

其中所述场发射器突出部包括圆锥、角锥及圆形晶须中的一者；且

其中所述场发射器突出部的所述尖端部分具有小于50nm的直径。

13.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述场发射器经配置以在反向偏压模式中操作，其中响应于经施加电场而邻近于所述第二表面产生耗尽层。

14.根据权利要求1所述的电子枪，其中所述场发射器进一步包括：

电介质层，其经安置于所述单晶硅衬底的所述第二表面上，邻近于所述场发射器突出部；及

导电栅极，其经安置于所述电介质层上，使得所述导电栅极的边缘与所述场发射器突出部的所述尖端部分间隔达预定距离，

其中所述电介质层的厚度在所述场发射器突出部的高度的±300nm范围内。

15.根据权利要求1所述的电子枪，其进一步包括经布置成二维周期性图案的多个所述场发射器突出部，每一所述场发射器突出部具有一体连接到所述硅衬底且从所述第二表面延伸到尖端部分的相关联所述固定部分，其中所述SiC层至少密闭地安置于所述多个场发射器突出部中的每一者的所述尖端部分上。