Page 87 - 《真空与低温》2025年第3期

358 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

分散排布（环形阵列单元：沿径向排布；线形阵列单 线更短，接线电极到阵列边缘尖锥的反型层电子
元：沿横向排布）从而在外侧阵列与栅极边缘之间 浓度梯度更大，从接线电极下方反型层输运而来的
预留接线区域。阵列单元间的分散排布限制了总 扩散电流更大。针对这一问题，设置阵列尖锥由
电流密度。为了解决图 2（b）所示常规二维密排型 边缘到内部引线宽度递增（由外到内尖锥引线宽
尖锥阵列中阵列边缘与阵列内部尖锥衬底供应电 度分别为 4 μm、6 μm 及 7 μm），阵列内部尖锥的引
流不一致的问题，设计了引线分隔的集成栅极 P 型 线下方反型层供应更多电流，补偿其从接线电极
硅尖锥阵列，其阵列版图如图 6（a）所示。硅尖锥 下方反型层获取的较小电流，从而实现阵列中均匀
排布为 6×6 方阵，相邻尖锥间距 40 μm。分立的 的反型层电流供应。图 6（b）展示了反型层电流
6×6 正方形电子抽取电极（边长 18 μm）分别覆盖各 密度分布仿真结果，可以看到各个尖锥获得电流
个 尖 锥 。 尖 锥 方 阵 四 周 均 设 置 接 线 电 极（宽 度 供应均匀性良好，其中各尖锥获得最小/最大供应
100 μm），每个尖锥的电子抽取电极通过分立引线 电流比约为 0.98。基于引线分隔的集成栅极硅尖
连接到电子抽取电极。接线电极下方反型层电流 锥阵列，可通过缩小各引线宽度、电子抽取电极尺
可通过分立引线输运至阵列中各个尖锥，避免阵列 寸及其间距，结合高精度微纳加工工艺制备密集
边缘的尖锥将大部分反型层电流接收。然而，由于 排列的硅尖锥阵列，实现均匀稳定的大电流密度场
阵列边缘的尖锥所需引线相比阵列内部的尖锥引 发射。

（a） 硅尖锥线性阵列 （b） 硅尖锥线性 （c） （d）
阵列单元 1.0
电 0.4
流
密 0.3
度
0.2
接线区域
（
边长100 μm 归 0.1
一
化
栅极 栅极 ）
图 5 线形排布的硅尖锥阵列版图及反型层电流密度分布仿真结果
Fig. 5 Layout and simulation result of inversion current density distribution of the line arranged Si-tip array

（a） （b） 电 1.0
流
硅尖锥阵列 密
0.3
50 μm 度 （ 0.2
归
一 0.1
化 ）
引线
接线电极 100 μm

图 6 引线分隔的硅尖锥阵列版图及反型层电流密度分布仿真结果
Fig. 6 Layout and simulation result of inversion current density distribution of the Si-tip array with separate lead wires

3 结论 述优化设计的多种尖锥阵列可获得高度一致的衬
采用有限元仿真方法计算了集成栅极 P 型硅 底供应电流分配，有利于实现均匀稳定的大电流场
尖锥衬底反型层电流分布。提出利用尖锥几何位 发射。
置等效性、分散排布尖锥或阵列单元、设置分隔引
参考文献：
线等阴极排布及栅极图形设计方法提升衬底供应
电流在尖锥阵列中分配均匀性。仿真结果表明，上 [1] ZENG W，CHEN Y，FENG W，et al. Narrow energy spread