本技術涉及半導體，尤其涉及一種電子源及其制造方法和電子束直寫機。

背景技術：

1、高性能的電子源在電子束直寫技術、平面顯示以及x線源等方面有著廣泛的應用。

2、電子源的矩陣化和高性能化是許多高端應用的需求。參考文獻1(參考文獻1：japanese?journal?of?applied?physics?61,sd0807(2022)，https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac4ce1)所公開的電子源，是一種有利于微型化、高性能化的陣列式電子源。這種陣列式電子源的關鍵技術在于：在低阻硅基板上生長出阻值較高的柱狀多晶硅薄膜，在多晶硅薄膜上用腐蝕方法形成多孔硅結構，在多孔硅結構的孔隙內(nèi)形成納米硅晶粒構成的納米線。在硅基板與多孔硅結構之間加上適當?shù)碾妷?，就會通過納米線把電子加速到一定能量，從而使電子脫離器件表面發(fā)射到大氣或真空中。參考文獻2(參考文獻2：nobuyoshikoshida,“device?applications?ofsilicon?nanocrystals?and?nanostructures,”isbn:978-0-387-78688-9,e-isbn:978-0-387-78689-6,doi:10.1007/978-0-387-78689-6，springer?science+business?media,llc?2009)公開了用光電化學腐蝕方法在柱狀多晶硅薄膜上形成多孔硅結構來制備這種電子源的技術。

3、應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本技術的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本技術的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的電子源中，如果多孔結構表面的絕緣膜，特別是多孔結構平行于發(fā)射面的表面的絕緣膜的耐擊穿電壓特性不夠，絕緣膜會在較低電壓下被擊穿，使得電子源器件失效，當擊穿電壓比較接近電子源的驅(qū)動電壓時，電子源的可靠性和壽命都會降低，所以，需要在多孔結構的表面形成有足夠高擊穿電壓的絕緣膜，使得擊穿電壓遠大于電子源的驅(qū)動電壓。比如，電子源的驅(qū)動電壓是10v，擊穿電壓最好不小于20v。在結構上，當絕緣膜的材料和質(zhì)量一定時，增加絕緣膜的厚度就是一個提高絕緣膜擊穿電壓的有效手段。同時，為了保障電子發(fā)射效率，包裹納米硅晶粒的絕緣膜厚度不能過厚，如果納米晶粒表面絕緣膜過厚，會降低器件的電子發(fā)射能力，甚至完全不能發(fā)射電子。在制造方法上，一般需要在多孔結構與納米硅晶粒加工之后進行多孔結構表面絕緣膜的制造。如果制造過程不當，就難以保障多孔結構表面絕緣膜的厚度足夠厚的同時，包裹納米硅晶粒的絕緣膜厚度在適合電子發(fā)射的范圍。因此，如何針對多孔結構的表面的絕緣膜和包覆納米硅晶粒的絕緣膜設置適當?shù)暮穸?，成為需要解決的問題。

2、為了解決上述問題或至少類似問題，本技術實施例提供一種電子源及其制造方法和電子束直寫機。該電子源的多孔結構的孔壁絕緣膜的厚度不低于20nm，多孔結構中的晶粒絕緣膜的厚度在0.5nm-5nm范圍，由此，在保障多孔結構表面的孔壁絕緣膜的厚度足夠厚的同時，包裹納米硅晶粒的晶粒絕緣膜厚度在適合電子發(fā)射的范圍，從而既能提高孔壁絕緣膜的擊穿電壓，又能維持電子源的電子發(fā)射能力。

3、本技術實施例的一個方面提供一種電子源，所述電子源包括：

4、基板；

5、在基板表面形成的多孔結構(2)；

6、在所述多孔結構的孔壁的表面形成的孔壁絕緣膜(4)；

7、在所述多孔結構的孔隙內(nèi)部形成的復數(shù)個硅納米晶粒(6)；

8、在所述硅納米晶粒表面形成的晶粒絕緣膜(7)，

9、在所述基板上形成的第一電極(8)；以及

10、在所述多孔結構上形成的第二電極(9)，

11、其中，

12、所述孔壁絕緣膜(4)的厚度不低于20nm，

13、所述晶粒絕緣膜(7)的厚度在0.5nm-5nm范圍。

14、在一些實施例中，所述基板包括硅基板，所述多孔結構形成在所述硅基板中；或者

15、所述基板包括硅基板與形成在所述硅基板上的多晶硅薄膜，所述多孔結構至少部分地形成在所述多晶硅薄膜中。

16、在一些實施例中，所述孔壁絕緣膜或晶粒絕緣膜是硅的氧化物和/或硅的氮化物。

17、在一些實施例中，所述第二電極由復數(shù)個獨立的第二電極單元構成，

18、復數(shù)個所述第二電極單元呈陣列式排布。

19、本技術實施例的另一方面提供一種電子束直寫機，所述電子束直寫機包括上述任一實施例所述的電子源。

20、本技術實施例的另一方面提供一種電子源的制造方法，用于制造上述實施例所述的電子源，所述制造方法包括：

21、用電化學腐蝕方法在基板上形成多孔結構，所述多孔結構的空隙內(nèi)部具有復數(shù)個硅納米晶粒；

22、在溫度t1下進行低溫成膜，在所述硅納米晶粒的表面形成晶粒絕緣膜，使所述晶粒絕緣膜的厚度在0.5-5nm范圍，并且在所述多孔結構的孔壁的表面形成第一層孔壁絕緣膜；以及

23、在溫度t2下進行高溫成膜，在所述第一層孔壁絕緣膜的表面形成第二層孔壁絕緣薄膜，使所述第一層孔壁絕緣膜和所述第二層孔壁絕緣膜構成的孔壁絕緣膜的總厚度不低于20nm，其中，t2>t1。

24、在一些實施例中，t1≤500℃，t2>500℃。

25、在一些實施例中，所述低溫成膜包括電化學氧化或者在含有氧氣氛圍中的熱氧化；

26、所述高溫成膜包括在含有氧氣氛圍中的熱氧化。

27、在一些實施例中，所述基板包括硅基板，所述多孔結構形成在所述硅基板中；或者

28、所述基板包括硅基板與形成在所述硅基板上的多晶硅薄膜，所述多孔結構至少部分地形成在所述多晶硅薄膜中。

29、在一些實施例中，所述孔壁絕緣膜或晶粒絕緣膜是硅的氧化物和/或硅的氮化物。

30、本技術的有益效果在于：該電子源的多孔結構的孔壁絕緣膜的厚度不低于20nm，多孔結構中的晶粒絕緣膜的厚度在0.5nm-5nm范圍，由此，在保障多孔結構表面的孔壁絕緣膜的厚度足夠厚的同時，包裹納米硅晶粒的晶粒絕緣膜厚度在適合電子發(fā)射的范圍，從而既能提高孔壁絕緣膜的擊穿電壓，又能維持電子源的電子發(fā)射能力。

31、參照后文的說明和附圖，詳細公開了本技術的特定實施方式，指明了本技術的原理可以被采用的方式。應該理解，本技術的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本技術的實施方式包括許多改變、修改和等同。

32、針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

33、應該強調(diào)，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。