[发明专利]一种低维结构电子源及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低维结构电子源，由稀土硼化物纳米线、热源材料和难熔金属沉积层组成；所述热源材料由圆柱形区域、设置于所述圆柱形区域上部的宽度逐渐减小的宽度柱状区域和设置于所述宽度柱状区域上部的尖端区域；所述稀土硼化物纳米线设置于所述尖端区域顶端，所述难熔金属沉积层包覆所述尖端区域和部分所述稀土硼化物纳米线，以稳固所述稀土硼化物纳米线。本申请提供的低维结构电子源通过低功函数稀土硼化物纳米线的引入，而使得本申请提供的低维结构电子源在冷场发射的模式下，能够实现低能散、高亮度、高发射稳定性、高单色性以及长使用寿命等发射特性。

技术领域

本发明涉及电子源技术领域，尤其涉及一种低维结构电子源及其制备方法。

背景技术

随着人们的认知进入微观世界，特别是20世纪九十年代，科学家们将研究深入到纳米尺度后，微纳加工和微纳表征等手段迎来了发展的高潮。电子源作为电子束加工、表征设备的核心器件，实现高性能化，是近年来研究人员亟待解决的问题。

冷场发射电子源利用电子在高电场下隧穿通过势垒到达真空的原理，其具有发射面积小、工作期间无需加热以及热能弥散低的优点，理论上可提供高亮度、高单色性的电子束，较之传统的热阴极电子源和肖特基场发射阴极更有望实现高分辨率成像。如市面上现有的商用冷场发射阴极通常为金属针尖(W310)，电子源亮度更是达到了10⁸Am².Sr^-1.V^-1，电子束能量扩散0.3eV，在高分辨表征、加工等方面具有重要的应用。

但钨针尖冷场发射阴极发射电流相比于热阴极较低，且电子源发射稳定性差，高电场下钨原子还会出现表面迁移、气体吸附及离子轰击均对发射稳定性造成一定的影响。发射稳定性差、寿命短成为制约冷场发射电子源应用领域及实用化的重要因素，也成为了我们在追求高性能电子源的过程中必须面对的问题。

低维纳米材料由于尖端尺寸小、长径比高且场发射特性优异，为解决现有冷阴极电子源存在的问题提供了新思路，受到极大关注。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种新型的低维结构电子源，其以稀土硼化物纳米线作为发射电子的单元，且可实现低能散、高亮度、高发射稳定性、高单色性以及长使用寿命等发射特性。

有鉴于此，本申请提供了一种低维结构电子源，由稀土硼化物纳米线、热源材料和难熔金属沉积层组成；所述热源材料由圆柱形区域、设置于所述圆柱形区域上部的宽度逐渐减小的宽度柱状区域和设置于所述宽度柱状区域上部的尖端区域；所述稀土硼化物纳米线设置于所述尖端区域顶端，所述难熔金属沉积层包覆所述尖端区域和部分所述稀土硼化物纳米线，以稳固所述稀土硼化物纳米线。

优选的，所述热源材料选自石墨、稀土六硼化物、金属碳化物或难熔金属。

优选的，所述稀土六硼化物选自六硼化镧或六硼化铈，所述金属碳化物选自碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钛、碳化钽或碳化钒，所述难熔金属选自钨、钼或钽。

优选的，所述圆柱形区域的直径为100～800μm，所述热源材料的直径为200～500nm。

优选的，所述稀土硼化物纳米线为六硼化镧纳米线。

优选的，所述稀土硼化物纳米线的制备方法包括以下步骤：

将稀土氯化盐在BCl₃、氢气和惰性气氛中进行化学气相沉积，得到稀土硼化物纳米线。

本申请还提供了所述的低维结构电子源的制备方法，包括以下步骤：

将原始热源材料进行电化学刻蚀，得到具有尖端区域的热源材料；

将所述热源材料的尖端区域与稀土硼化物纳米线接触，施加电压后实现热源材料的尖端区域与稀土硼化物纳米线的连接；

在所述连接的结合区域沉积难熔金属，得到低维结构电子源。