Design, Fabrication and Characterization of Molybdenum Field Emitter Arrays (Mo-FEAs)

Abstract

We report on the fabrication of highly uniform field emitter arrays (FEAs) with an integrated self-aligned extraction gate from bulk molybdenum. All critical dimensions of the emitter tip were determined by a single process step of Inductively Coupled Plasma (ICP) etching. In addition, the height difference between the emitter tip and the gate plane was controlled by the thickness of the SiO2 dielectric layer. A 10 µm gate aperture molybdenum-FEAs (Mo-FEAs) at a typical 20 µm pitch with 6 µm height was achieved with 8.4 mA/cm2 current density at gate voltages of 110 V and the turn-on field of 1.4 V/µm. These self-aligned Mo-FEAs could be expanded to active larger areas to increase the emission current.

Анализ Эмиссии Электронов С Одиночного Кремниевого Катода В Квазивакуумную (Воздушную) Среду Методом Атомно-Силовой Микроскопии

“…), проявляющие хорошие автоэмиссионные свойства, не отвечают данному требованию, что связано с особенностью их синтезирования, которое обусловливает низкую воспроизводимость размеров отдельных эмиттеров в составе массива [14]. Как следствие, это приводит к неконтролируемому возникновению и " выгоранию " эмиссионных центров, а также заметному разбросу значений автоэмиссионного тока эмиттеров по массиву [15]. Подобная проблема возникает и в технологии создания автоэмиссионных катодов Спиндта на основе тугоплавких металлов (Au, W, Mo), где травление металлических слоев является сложной технологической процедурой и не позволяет достичь близких значений радиусов их вершин [16].…”

Fabrication of Bulk Tungsten Microstructure Arrays for Hydrophobic Metallic Surfaces Using Inductively Coupled Plasma Deep Etching

“…Inspired by the deep etching process of silicon, efforts have been made in our previous work. Similar to molybdenum-based field emission arrays, fluoric ICP was employed to etch bulk tungsten [ 48 , 49 , 50 ]. Micro-needle arrays were initially achieved by isotropic etching, and high-aspect-ratio microstructures were micromachined by a mixed reactive plasma of SF 6 and C 4 F 8 [ 51 , 52 , 53 ].…”