專利名稱：基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及微電子加工技術(shù)領域，具體而言，涉及ー種基于納米孔的電子束場發(fā)
射裝置。
背景技術(shù)：
采用各種粒子束(包括光子、離子、電子、原子)進行材料的加工或圖形化是現(xiàn)代微納米加工的基本思路。目前集成電路技術(shù)已經(jīng)進入納米領域，32nmエ藝技術(shù)已經(jīng)在實際中得到廣泛的應用，在傳統(tǒng)光刻、電子束加工等領域趕超世界先進技術(shù)視乎越來越困難。傳統(tǒng)紫外線光學光刻由于其性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟、成本低的特點，一直是加工技術(shù)的主流，但當 進入深納米級后，由于固有的波長衍射極限的限制，已達到其光刻能力的極限。雖然通過波前工程、浸沒式、兩次曝光等技術(shù)方法，使其光刻能力有一定程度的提升，但面對的問題終將不可避免，極紫外光刻最終會取代這ー技木。由于極紫外光刻系統(tǒng)中需要引進一系列新技木，包括光源、光學系統(tǒng)、掩膜、材料等，使設備的擁有成本將非常高，很難得到大規(guī)模的應用，這也是該技術(shù)不斷推遲的原因。電子束曝光一直是納米加工的重要技術(shù)手段，通常采用的是直寫電子束曝光方式，因此很難大規(guī)模批量或生產(chǎn)中得到應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。有鑒于此，本發(fā)明需要提供一種基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，所述電子束場發(fā)射裝置可以通過納米孔而產(chǎn)生納米孔徑級的極細電子束。根據(jù)本發(fā)明的一種基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，包括固定層結(jié)構(gòu)，所述固定層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的通孔，所述固定層結(jié)構(gòu)的上表面設有覆蓋在所述通孔上方的石墨烯層；納米孔層結(jié)構(gòu)，所述納米孔層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的納米孔，且所述納米孔層結(jié)構(gòu)的下表面上設有用干與所述固定層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第一鍵合金屬層；和場發(fā)射層結(jié)構(gòu)，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)上表面的中心位置處設有電場負極金屬板，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)下表面的中心位置處設有相互配合的場發(fā)射柵極正極和場發(fā)射柵極負極，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的下表面外沿設有用干與所述納米孔層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第二鍵合金屬層。根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，采用整體鍵合結(jié)構(gòu)設計，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)上設有場發(fā)射柵正極、場發(fā)射柵負極及電場負極金屬板，固定層結(jié)構(gòu)層上具有石墨烯層，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)、納米孔層結(jié)構(gòu)及固定層結(jié)構(gòu)通過第一鍵合金屬層和第二鍵合金屬層牢固粘結(jié)，使整個裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于高密度集成，采用的納米孔可有效將電子約束至納米孔徑大小，所采用的石墨烯層不但實現(xiàn)了鍵合后的空間為真空腔，而且碳單原子厚度的石墨烯層可減小電子碰撞率，進而提高電子的穿透率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的上表面設有與所述電場負極金屬板連接的電場負極焊盤、與所述場發(fā)射柵極正極連接的場發(fā)射正極焊盤和與所述場發(fā)射柵極負極連接的場發(fā)射負極焊盤。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的上表面上還具有電場正極焊盤，所述電場正極焊盤與所述石墨烯層連接。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)和納米孔層結(jié)構(gòu)上分別設有貫通所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)和納米孔層結(jié)構(gòu)且供將所述電場正極焊盤與所述石墨烯層連接正極連線通過的電場正極連線孔。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)具有分別貫通所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的第一引線孔和第二引線孔，所述場發(fā)射正極焊盤通過穿過所述第一引線孔的引線與所述場發(fā)射柵極正極連接，所述場發(fā)射負極焊盤通過穿過所述第二引線孔的引線與所述場發(fā)射柵極負極連接。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射柵極正極和所述場發(fā)射柵極負極均為梳狀，所述場發(fā)射柵極正極的每個齒插入到所述場發(fā)射柵極負極的相鄰兩個齒之間，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的下表面上設有與所述場發(fā)射柵極正極相連的場發(fā)射柵極正極引線區(qū)和與所述場發(fā)射柵極負極相連的場發(fā)射柵極負極引線區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述場發(fā)射柵極正極和所述場發(fā)射柵極負極的下表面上具有碳納米管涂層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述納米孔為倒錐形孔。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述石墨烯層的形狀為矩形，且所述石墨烯層的大小與所述納米孔下端的尺寸相同。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述石墨烯層的厚度與所述第二鍵合金屬層的厚度相
坐寸ο本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的俯視不意圖；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的場發(fā)射結(jié)構(gòu)層的仰視示意圖；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的場發(fā)射結(jié)構(gòu)層沿圖3A-A剖線截面圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的為納米孔層結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7顯示了根 據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的納米孔層結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的納米孔層結(jié)構(gòu)沿圖7B-B剖線截面圖；圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的固定結(jié)構(gòu)層立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的固定層結(jié)構(gòu)的俯視不意圖；圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的固定層結(jié)構(gòu)沿圖10的C-C剖線截面圖；和圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置的擴展示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置100，包括固定層結(jié)構(gòu)10、納米孔層結(jié)構(gòu)20和場發(fā)射層結(jié)構(gòu)30。具體而言，參見圖9-11，固定層結(jié)構(gòu)10的中心位置處設有沿上下方向貫通的通孔11，固定層結(jié)構(gòu)10的上表面設有覆蓋在通孔11上方的石墨烯層12。例如，石墨烯層12只覆蓋在通孔11的上方，固定層結(jié)構(gòu)10的周邊并未覆蓋有石墨烯層12。參見圖6-8，納米孔層結(jié)構(gòu)20的中心位置處設有沿上下方向貫通的納米孔21，且納米孔層結(jié)構(gòu)20的下表面上設有用干與固定層結(jié)構(gòu)10的上表面連接的第一鍵合金屬層30，納米孔層結(jié)構(gòu)20的下表面可以通過第一金屬鍵合層30與固定層結(jié)構(gòu)10的上表面牢固鍵合。參見圖1-5，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40上表面的中心位置處設有電場負極金屬板41，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40下表面的中心位置處設有相互配合的場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的下表面外沿設有用干與納米孔層結(jié)構(gòu)20的上表面連接的第二鍵合金屬層50，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的下表面可以通過第二金屬鍵合層50與納米孔層結(jié)構(gòu)20的上表面牢固鍵合。根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置100，采用整體鍵合結(jié)構(gòu)設計，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40上設有場發(fā)射柵正極42、場發(fā)射柵負極43及電場負極金屬板41，固定層結(jié)構(gòu)10層上具有石墨烯層12，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40、納米孔層結(jié)構(gòu)20及固定層結(jié)構(gòu)10通過第一鍵合金屬層30和第二鍵合金屬層50牢固粘結(jié)，使整個裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于高密度集成，采用的納米孔可有效將電子約束至納米孔徑大小，所采用的石墨烯層12不但實現(xiàn)了鍵合后的空間為真空腔，而且碳單原子厚度的石墨烯層可減小電子碰撞率，·進而提高電子的穿透率。如圖1-3、圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的上表面設有與電場負極金屬板41連接的電場負極焊盤411、與場發(fā)射柵極正極42連接的場發(fā)射正極焊盤421和與場發(fā)射柵極負極43連接的場發(fā)射負極焊盤431。電場負極金屬板41與電場負極焊盤411可以通過連接線4111連接。電場負極金屬板41可以為矩形，且石墨烯層12的大小與納米孔21下端的尺寸相同，電場負極金屬板41的ー側(cè)的邊緣與電場負極焊盤411連接。將電場負極焊盤411、場發(fā)射正極焊盤421和場發(fā)射負極焊盤431設在場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的上表面可以方便供電器件與電子束場發(fā)射裝置連接，使電子束場發(fā)射裝置100結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，易于高密度集成。進ー步地，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的上表面上還具有電場正極焊盤441，電場正極焊盤441與石墨烯層12連接。由此，可以通過設在場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的上表面的電場正極焊盤44將石墨烯層12與供電器件連接，且所有與供電器件的連接的焊盤都被設置在場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的上表面上，由此，可以使電子束場發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，易于高密度集成。參見圖5、圖6和圖8所不,根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40和納米孔層結(jié)構(gòu)20上分別設有貫通場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40和納米孔層結(jié)構(gòu)20且供將電場正極焊盤441與石墨烯層12連接正極連線442通過的電場正極連線孔443。由此，可以將電場正極焊盤441與石墨烯層12連接，且使正極引線442位于整個裝置的內(nèi)部，使電子束場發(fā)射裝置100的結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40具有分別貫通場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的第一引線孔401和第二引線孔402，場發(fā)射正極焊盤421通過穿過第一引線孔401的引線與場發(fā)射柵極正極42連接，場發(fā)射負極焊盤431通過穿過第二引線孔402的引線與場發(fā)射柵極負極43連接。由此，可以使電子束場發(fā)射裝置100的結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43均為梳狀，場發(fā)射柵極正極42的每個齒插入到場發(fā)射柵極負極43的相鄰兩個齒之間，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)40的下表面上設有與場發(fā)射柵極正極42相連的場發(fā)射柵極正極引線區(qū)420和與場發(fā)射柵極負極43相連的場發(fā)射柵極負極引線區(qū)430。需要說明的是，場發(fā)射柵極正極42與場發(fā)射柵極負極43柵形梳齒的個數(shù)可根據(jù)エ藝的條件靈活決定，它們之間的間隙可根據(jù)場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43所加載的電壓值決定，即電壓值高，間隙設計值可適當寬些，電壓值低，間隙設計值可適當窄些。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43的下表面上具有碳納米管涂層70。碳納米管具有納米級尖端，大的長徑比，由此，碳納米管涂層70可以提供更強的場增強因子，電子逸出功率低，發(fā)射電流大、工作電壓低、發(fā)射性能穩(wěn)定、使用壽命長、制備エ藝簡單和易于批量生產(chǎn)的優(yōu)點。如圖6-8所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，納米孔21為倒錐形孔。該納米孔21的結(jié)構(gòu)可以采用硅基濕法エ藝制作而成，納米孔21可通過掩膜結(jié)構(gòu)的設計制作出各種尺寸的孔徑大小。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，石墨烯層12的厚度可以與第二鍵合金屬層50的厚度相等。由此，可以電子束場發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊。下面參照附圖1-12描述根據(jù)本發(fā)明實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置。
場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43上加載預定的電壓，場發(fā)射柵極正極42和場發(fā)射柵極負極43的表面上的碳納米管涂層70形成隧道電流，產(chǎn)生電子。在石墨烯層12和電場負極金屬板41上加載電壓形成電場，在電場カ的作用下，電子會逸出碳納米管涂層70，在電場持續(xù)的作用下會加速貫穿納米孔21、穿透石墨烯層12而形成納米孔徑級的極細電子束。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ー個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“ー些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少ー個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的原理和宗g的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，包括 固定層結(jié)構(gòu)，所述固定層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的通孔，所述固定層結(jié)構(gòu)的上表面設有覆蓋在所述通孔上方的石墨烯層； 納米孔層結(jié)構(gòu)，所述納米孔層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的納米孔，且所述納米孔層結(jié)構(gòu)的下表面上設有用于與所述固定層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第一鍵合金屬層；和 場發(fā)射層結(jié)構(gòu)，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)上表面的中心位置處設有電場負極金屬板，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)下表面的中心位置處設有相互配合的場發(fā)射柵極正極和場發(fā)射柵極負極，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的下表面外沿設有用于與所述納米孔層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第二鍵合金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的上表面設有與所述電場負極金屬板連接的電場負極焊盤、與所述場發(fā)射柵極正極連接的場發(fā)射正極焊盤和與所述場發(fā)射柵極負極連接的場發(fā)射負極焊盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的上表面上還具有電場正極焊盤，所述電場正極焊盤與所述石墨烯層連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)和納米孔層結(jié)構(gòu)上分別設有貫通所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)和納米孔層結(jié)構(gòu)且供將所述電場正極焊盤與所述石墨烯層連接正極連線通過的電場正極連線孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)具有分別貫通所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的第一引線孔和第二引線孔，所述場發(fā)射正極焊盤通過穿過所述第一引線孔的引線與所述場發(fā)射柵極正極連接，所述場發(fā)射負極焊盤通過穿過所述第二引線孔的引線與所述場發(fā)射柵極負極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射柵極正極和所述場發(fā)射柵極負極均為梳狀，所述場發(fā)射柵極正極的每個齒插入到所述場發(fā)射柵極負極的相鄰兩個齒之間，所述場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的下表面上設有與所述場發(fā)射柵極正極相連的場發(fā)射柵極正極引線區(qū)和與所述場發(fā)射柵極負極相連的場發(fā)射柵極負極引線區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述場發(fā)射柵極正極和所述場發(fā)射柵極負極的下表面上具有碳納米管涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述納米孔為倒錐形孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述石墨烯層的形狀為矩形，且所述石墨烯層的大小與所述納米孔下端的尺寸相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，其特征在于，所述石墨烯層的厚度與所述第二鍵合金屬層的厚度相等。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，包括固定層結(jié)構(gòu)，固定層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的通孔，固定層結(jié)構(gòu)的上表面設有覆蓋在通孔上方的石墨烯層；納米孔層結(jié)構(gòu)，納米孔層結(jié)構(gòu)的中心位置處設有沿上下方向貫通的納米孔，且納米孔層結(jié)構(gòu)的下表面上設有用于與固定層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第一鍵合金屬層；和場發(fā)射層結(jié)構(gòu)，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)上表面的中心位置處設有電場負極金屬板，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)下表面的中心位置處設有相互配合的場發(fā)射柵極正極和場發(fā)射柵極負極，場發(fā)射層結(jié)構(gòu)的下表面外沿設有用于與納米孔層結(jié)構(gòu)的上表面連接的第二鍵合金屬層。根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于納米孔的電子束場發(fā)射裝置，石墨烯層可減小電子碰撞率，進而提高電子的穿透率。
文檔編號H01J37/073GK102709142SQ201210209509
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者劉澤文, 李孟委, 杜康, 趙承旭, 鄧濤 申請人:中北大學, 清華大學