CN101497991A - 一种氮化铝锥尖及栅极结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化铝锥尖及其栅极锥尖结构的制备方法，该方法包括以下步骤：利用射频磁控溅射方法在干净的硅衬底上生长一层氮化铝薄膜或再沉积一层金膜，然后放入到聚焦离子束刻蚀系统中，当真空度达5.5×10－5mbar时，加5kV电子束高压，进行样品形貌观察和定位，再加离子束源和设置束流，最后设置刻蚀图样，并按照刻蚀图样对氮化铝薄膜样品进行聚焦离子束刻蚀，得到氮化铝锥尖3结构或栅极锥尖结构，所制备的氮化铝锥尖3结构的单个锥的长径比在(3－30)∶1之间，尖部最小曲率半径低于20纳米，底部直径为100纳米到几微米。该方法可以制备出长径比可控的氮化铝锥尖及其栅极锥尖结构，省去了传统工艺中必须的沉积绝缘层和光刻等多道工序，工艺简单和成本低。

Description

一种氮化铝锥尖及栅极结构的制作方法

技术领域

本发明涉及一种氮化铝锥尖材料及其制作方法，特别是涉及一种既具有高长径比和小的尖部曲率半径，又具有可控的长径比和可控的形状的氮化铝锥尖的制作方法，同时在此基础上构造了具有spindt型结构的氮化铝锥尖场发射结构的制作方法。

背景技术

氮化铝由于其具有负的电子亲和势，良好的化学稳定性和热稳定性，因而成为一个重要的场发射冷阴极材料。通常情况下决定场发射材料发射特性的主要因素包括材料本身的功函数和材料的几何形态，对于纳米材料来说，常见的纳米管、纳米线或棒和纳米锥等几何形状都是由于具有小尖端半径和高长径比因而具有较高的场增强因子，非常有利于提高材料的场发射特性。在这些有利于提高场发射特性的发射体几何形状中，锥形结构是理想的选择，它可以将材料的场发射特性得到充分的发挥，这是因为锥状不但比柱状或线状具有更好力学稳定性及径向刚性，而且有利于形成合适的发射密度从而避免通常纳米管或线等由于密度太大而产生的场屏蔽效应导致材料场发射能力的削弱。对于氮化铝材料来说，锥形结构阵列不但可以其提高场发射特性，同时单个锥尖也可以作为点电子发射源应用在真空微纳电子学领域，而且也可以作为纳米探针在原子力显微镜和扫描隧道显微镜领域有着广泛应用潜力，因此如何获得具有较高长径比的氮化铝尖端结构对其在相关领域的应用至关重要。

目前锥形结构的制备方法大致可以分为两种：

第一种是自下而上的方法：主要采用化学汽相合成的方法。参见对比文件1，“氮化铝纳米锥阵列的场发射”(Field emission from quasi-aligned aluminum nitride nanotips)，载于《Appl.Phys.Lett.》2005，Vol.87，073109(1-3)上。这种方法利用铝粉和氨水作为反应源制备得到了氮化铝纳米锥尖阵列，并研究了不同基底对场发射的影响。由于纳米锥在合成生长过程中的随机性，这种化学汽相方法合成的氮化铝锥尖结构存在一致性和可控性差、成功率低以及附着力差的缺点，使其在场发射领域的应用受到限制。

第二种是自上而下的方法：主要采用化学汽相等离子体刻蚀体材料的方法。这种直接采用等离子体刻蚀的方法被应用到金刚石薄膜上制备了金刚石锥阵列，参见对比文件2，“等离子刻蚀金刚石纳米锥的生长与表征”(The growth and characterization of diamond cone arrays formed by plasma etching)，载于《Diamond and Related Materials》2006，Vol.15，866-869上。但是在这种方法制备锥阵列的过程中，由于等离子体放电的不稳定性使得锥尖角度和高度一致性比较差，长径比较小和顶端曲率半径比较大，控制起来较为困难，虽然对于大面积制备纳米锥阵列有些优势，但并不适合制备规则的微纳器件。

此外，锥形结构在微电子器件中有广泛的应用，其中最典型的就是Spindt型场发射结构(参见图1)，其详细制作过程参见对比文件3(“钼锥薄膜的场发射阴极的物理特性”(Physical properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenum cones)，载于《Journal of Applied Physics》1976，Vol.47，5248-5263)。这种制作Spindt结构的方法，由于制备流程较多，因此存在工序复杂和效率低的缺点，所以发展受到了一定的限制，而如何解决这个问题则引起大家的广泛关注。

随着微纳米加工技术的发展，尤其是聚焦离子束刻蚀技术(以下简称FIB)的发展，利用聚焦离子束刻蚀获得高长径比锥尖结构是一条非常有效的途径，利用这种技术制作的氮化铝锥尖，不仅可以控制锥尖的形状和长径比，而且可以制作规则的氮化铝锥尖阵列，同时还容易构造spindt型结构的栅极氮化铝场发射结构，具有制备工艺简单和效率高的特点。测试结果表明利用这种方法制作的氮化铝锥尖具有很好的场发射特性，同时利用氮化铝锥尖制作的栅极场发射结构也表现出良好的场发射性能。

发明内容

本发明的目的之一：既要克服化学汽相沉积方法制备氮化铝锥的一致性和可控性差、成功率低以及附着力差的缺点，又要克服等离子体刻蚀工艺形成锥结构的角度和高度一致性很差、长径比较小和顶端曲率半径比较大等缺点；从而提供一种利用聚焦离子束刻蚀工艺制备具有高的长径比、小的尖端半径、可控的密度的氮化铝纳米锥的方法，该制作方法具有制备步骤少、工艺简单、重复性好等优点。利用该氮化铝纳米锥场发射性能好和物化特性稳定的特点，可应用于场发射器件、扫描探针系统和纳米压印领域。

本发明的目的之二：提供一种利用聚焦离子束刻蚀技术，在镀有金膜的氮化铝薄膜上直接制作栅极氮化铝锥尖场发射结构的制作方法，克服了传统Spindt型场发射结构制作工艺复杂和效率低的缺点。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的氮化铝锥尖的制作方法(参见图2)，包括以下步骤：

1)清洗衬底：取一块硅衬底1，采用常规的半导体清洗工艺，即依次在丙酮，酒精和去离子水中超声清洗干净；用氮气吹干；

2)在硅衬底1上沉积氮化铝薄膜2：将经步骤1)清洗得到的硅衬底1，放入射频磁控溅射系统中，利用射频磁控溅射方法在衬底1上生长一层氮化铝薄膜2，其生长条件如下：基础真空为5×10-4Pa，氮气/氩气混合的比例为(40-90):10体积比，衬底温度控制在300-800℃范围内，溅射气压为5-50mTorr；生长时间为2-10小时，在硅衬底上生长出(002)取向的氮化铝膜2，膜厚为150～1800纳米；

3)刻蚀氮化铝锥尖3：将步骤2)生长了氮化铝薄膜2的样品放入到聚焦离子束刻蚀系统(型号为FEI-DB235)中，当腔体真空度达5.5×10-5mbar时，加5kV电子束高压，进行形貌观察，并进行样品定位；然后加离子束源，设置离子源束流；最后，通过预先设置刻蚀图样，按照刻蚀图样对氮化铝薄膜2样品进行聚焦离子束刻蚀，得到氮化铝锥尖3结构，所制备出的氮化铝锥尖3的单个锥的长径比在(3-30):1之间，尖部最小曲率半径低于20纳米，底部直径为100纳米到几微米；

其中聚焦离子束刻蚀参数：使用镓离子源，离子束电压30kV，束流采用10-300pA。

在上述技术方案中，所述的聚焦离子束刻蚀方法包括硅刻蚀、增强刻蚀(ee)方法和绝缘增强刻蚀(iee)等三种方法。

在上述技术方案中，所述的硅刻蚀方法为：选择刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为1.0μS，点重叠率为50％，通过硅刻蚀方法刻蚀的圆环图样的外半径可以设定为0.5-5μm，内半径设定为20-500nm；在刻蚀过程中，可以通过大束流(如100pA)进行初步刻蚀，然后通过小束流(10pA)进行精细加工，这样可以控制刻蚀参数获得不同长径比和尖端半径的氮化铝纳米锥尖。

在上述技术方案中，所述的增强刻蚀(ee)工艺为以卤素(碘、溴或氯)为反应气体，具体步骤如下：选择刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.4μS，点重叠率为0％，通过卤素为反应气体的增强刻蚀(ee)方法刻蚀的圆环图样的外半径可以设定为0.5-5μm，内半径设定为50-2000nm；在刻蚀过程中，可以通过大束流(100pA)进行初步刻蚀，然后通过小束流(10pA)进行精细加工，这样可以控制刻蚀参数获得不同长径比和尖端半径的氮化铝纳米锥尖。

在上述技术方案中，所述的绝缘增强刻蚀(iee)方法，是以二氟化氙(XeF2)为反应气体的具体步骤如下：选择刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.2μS，点重叠率为0％，通过二氟化氙(XeF2)为反应气体的绝缘增强刻蚀(iee)刻蚀的圆环图样的外半径可以设定为0.5-5μm，内半径设定为50-1000nm；在刻蚀过程中，采用常规聚焦离子束刻蚀工艺，即通过大束流(100pA)进行初步刻蚀，然后通过小束流(10pA)进行精细加工，这样可以控制刻蚀参数获得不同长径比和尖端半径的氮化铝纳米锥尖。

还包括步骤3’)制备栅极氮化铝锥尖3结构(参见图3)，具体工艺如下：

将步骤2)得到的在硅衬底1上生长(002)取向的氮化铝薄膜2的样品，采用磁控溅射方法在氮化铝薄膜2的表面沉积金膜4，其中沉积温度控制为500oC，金膜4厚度为30-200nm，用作生成栅极的金属层；溅射完毕等降温到60℃以下时，将样品从磁控溅射中取出，再重复步骤3)刻蚀氮化铝锥尖3的工艺，对样品进行加工刻蚀，从而形成的氮化铝锥3。由于氮化铝膜2是良好的绝缘层，因此镀上的金膜4在锥尖的周围可以作为场发射结构的栅极，并且通过聚焦离子束系统刻蚀技术直接实现了栅极氮化铝锥尖3场发射结构。

本发明的制备方法是在聚焦离子束系统中，采用聚焦离子束工艺刻蚀氮化铝薄膜2，通过控制和优化刻蚀参数，在氮化铝2衬底上制备出氮化铝锥3，所制备出的氮化铝锥尖3结构的单个锥的长径比在(3-30):1之间，尖部最小曲率半径低于20纳米，底部直径为100纳米到几微米，既可以制作单个锥结构，也可以制作锥阵列结构，同时锥密度可以实现精确控制。所制备的氮化铝锥尖3在场发射器件、扫描探针系统以及纳米压印和微纳电子学领域都有极大的应用前景。

本发明的优点在于：

1.本发明的制备方法既克服了化学汽相沉积方法所制备的氮化铝锥一致性和可控性差、成功率低以及附着力差的缺点，又克服了化学汽相等离子体刻蚀工艺形成锥结构的角度和高度一致性很差、长径比较小和顶端曲率半径比较大的缺点；而本发明采用聚焦离子束工艺的制备方法，制备出的氮化铝锥尖具有较高长径比为(3-30):1(最高可达30)和尖部最小曲率半径低于20nm；通过调整刻蚀参数获得的氮化铝锥尖具有可控的长径比、可控的形状和可控的阵列密度。

2.利用本发明的制备方法获得的较高长径比和小尖部曲率半径的氮化铝锥尖，具有稳定的电学和热学性能(电阻率大于10-13(Ω.cm)热膨胀系数为4.5×10-6K-1，热导率为3.0W/(cm.℃)，在纳米扫描探针方面有应用潜力。

3.由此制备的氮化铝锥尖具有高长径比和可控的阵列密度适用于场发射器件的理想阴极，也可作为点电子源在真空微电子和信息领域具有广阔的应用前景。

4.本发明的制备栅极结构氮化铝锥尖的方法与传统的spindt型场发射结构的制作过程相比较，省去了沉积绝缘层和光刻等工序，具有制备流程少、工序简单和效率高等优点，是一种制作氮化铝锥尖栅极场发射结构的很好方法。

5.本发明采用的聚焦离子束刻蚀方式可以有多种选择，如可以选择使用纯离子溅射的硅材料刻蚀方法，也可以使用卤素(例如碘、溴或氯)为反应气体的增强刻蚀(ee)和使用二氟化氙(XeF2)为反应气体的绝缘增强刻蚀(iee)方法。其中，硅材料刻蚀方法和使用二氟化氙(XeF2)为反应气体的绝缘增强刻蚀方法都能获得具有较小尖端半径的氮化铝锥尖，而使用卤素(碘)化合物为反应气体的增强刻蚀方法获得锥尖结构的尖端半径较大，因此可以根据具体情况的需要选择适当的刻蚀方式。同时，对获得的氮化铝锥尖3尖端结构可以在聚焦离子束所带的扫描电镜系统(SEM)中实时观察被刻蚀情况，并通过对比观察到的刻蚀结果，调节刻蚀参数以获得更高精度的样品。这种刻蚀方法由于能够设定孔半径刻蚀深度、刻蚀顶端半径、以及外部孔洞半径，所以可以较方便地制作出我们所需要的锥尖结构。

附图说明

图1传统的Spindt型场发射结构示意图

图2本发明的方法制备的氮化铝锥刻蚀过程示意图

图3本发明的制备栅极氮化铝锥尖结构的工艺流程图

图4a本发明的方法制备的一种具有不同长径比和不同形状的氮化铝锥尖的SEM图

图4b本发明的方法制备的又一种具有不同长径比和不同形状的氮化铝锥尖的SEM图

图4c本发明的方法制备的另一种具有不同长径比和不同形状的氮化铝锥尖的SEM图

图5本发明的方法制备的单个氮化铝栅极结构和多个氮化铝栅极结构的SEM图

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

图面说明：

1-Si衬底  2-氮化铝薄膜层  3-氮化铝锥  4-金膜层

具体实施方式

实施例1

本实施例的氮化铝锥尖结构参见附图4(a)；所制备的氮化铝锥尖具有长径比为～5，尖部曲率半径为～150纳米，底部直径为～1微米。其详细工艺流程如下：

1)取一块(001)取向的单晶硅作为衬底1，采用常规的半导体清洗工艺，依次在丙酮，酒精和去离子水中超声清洗，清洗干净后可以用氮气吹干、待用；

2)经步骤1)清洗得到的硅衬底1上，放入射频磁控溅射系统中，利用射频磁控溅射方法生长一层氮化铝薄膜2，其生长条件如下：氮气/氩气混合的比例为17.5：10.2，生长温度为700oC，溅射气压为15mTorr，溅射入射功率为100W，反射功率为0.5W，溅射时间为3个小时，生长出(002)取向的厚度为500nm左右的氮化铝薄膜2；

3)把步骤2)获得的氮化铝薄膜2样品放入到聚焦离子束刻蚀系统(型号为FEI-DB235)中，进行腔体内抽真空，当腔体真空度低于5.5×10-5mbar时，加5kV电子束高压，进行形貌观察，并进行样品定位；然后加镓离子束源，离子束电压为30KV，设置离子源束流为100pA；在系统控制软件系统中选择刻蚀图样和刻蚀方式，本实施例选择以卤素作为反应气体的增强刻蚀方式(ee)，反应气体选用例如碘、氯或溴；其中刻蚀参数设定为：选择刻蚀束流100pA，点逗留时间为0.4μS，点重叠率为0％，刻蚀圆环图样的外半径设定为5μm，内半径设定为1000nm，刻蚀完成以后得到单个氮化铝锥3结构，该氮化铝锥尖3具有长径比为～5，尖部曲率半径为～150nm，底部直径为～1μm。

实施例2

本实施例的氮化铝锥尖结构参见图4(b)；所制备的氮化铝锥尖具有长径比为～8，尖部曲率半径为～50nm，底部直径为～0.6μm。其详细工艺流程如下：

1)取一块(001)取向的单晶硅作为衬底1，采用常规的半导体清洗工艺，依次在丙酮、酒精和去离子水中超声清洗，然后可以用氮气吹干；

2)经步骤1)清洗得到的硅衬底1上，放入射频磁控溅射系统中，利用射频磁控溅射方法生长一层氮化铝薄膜2，其生长条件如下：氮气/氩气混合的比例为17.5：10.2，生长温度为700摄氏度，溅射气压为15mTorr，溅射入射功率为100W，反射功率为0.5W，溅射时间为3个小时，生长出(002)取向的厚度为500nm左右的氮化铝薄膜2；

3)把步骤2)获得的氮化铝薄膜2样品放入到聚焦离子束刻蚀系统(型号为FEI-DB235)中，进行腔体内抽真空，当腔体真空度低于5.5×10-5mbarr时，加5kV电子束高压，进行形貌观察，并进行样品定位；然后加镓离子束源，离子束电压为30kV，设置离子源束流为100pA；在系统控制软件系统中选择刻蚀图样和刻蚀方式，本实施例选择以氟化氙(XeF2)为反应气体的绝缘增强刻蚀(iee)方式，其中刻蚀参数设定为：点逗留时间为0.2μS，点重叠率为0％，刻蚀圆环图样的外半径设定为5μm，内半径设定为50nm，刻蚀完成以后得到单个氮化铝锥3结构，在刻蚀过程中，通过大束流刻蚀来控制刻蚀深度，然后通过小束流精细加工尖端半径，这样可以通过控制刻蚀参数获得不同长径比和尖端半径的氮化铝纳米锥尖，该氮化铝锥尖3具有长径比为～8，尖部曲率半径为～50nm，底部直径为～0.6μm。

实施例3

本实施例的氮化铝锥尖结构参见图4(c)：该氮化铝锥尖3具有长径比为～16、尖部曲率半径约20nm，底部直径为～0.4μm。具体制备步骤入下：

1)取一块(001)取向的单晶硅作为衬底1，采用常规的半导体清洗工艺，依次在丙酮，酒精和去离子水溶液中超声清洗，然后用氮气吹干；

2)经步骤1)清洗得到的硅衬底1上，利用射频磁控溅射方法生长一层氮化铝薄膜2，其生长条件如下：氮气/氩气混合的比例为17.5：10.2，生长温度为700oC，溅射气压为15mTorr，溅射入射功率为100W，反射功率为0.5W，溅射时间为3个小时，生长出(002)取向的厚度为500nm左右的氮化铝膜层2；

3)参考图4(c)，把步骤2)获得的氮化铝薄膜2样品放入到聚焦离子束刻蚀系统(型号为FEI-DB235)中，进行腔体内抽真空，当腔体真空度低于5.5×10-5mbar时，加5kV电子束高压，进行形貌观察，进行样品定位。本实施例与实施例1的不同之处在于：在刻蚀方式的选择上采用硅刻蚀方法，刻蚀出外部孔洞直径为5微米、深度为2微米的氮化铝锥型结构3。刻蚀的工艺参数：然后加镓离子束源，离子束电压为30kV，点逗留时间为1.0μS，点重叠率为50％.首先选择刻蚀束流100pA，刻蚀的圆环图样的外半径根据需要可以设定为5μm，内半径设定为500nm，然后选择小束流10pA刻蚀，刻蚀圆环外半径约500nm，内半径20nm；在刻蚀过程中，采用通常的FIB刻蚀工艺，即先通过大束流进行初步刻蚀来控制刻蚀深度，然后通过小束流进行精细加工控制尖端半径，这样可以控制刻蚀参数获得不同长径比和尖端半径的氮化铝纳米锥尖，刻蚀完成以后得到单个氮化铝锥3结构，该氮化铝锥尖3具有长径比为～16，尖部曲率半径为～20纳米，底部直径为～0.4微米。由在这种硅刻蚀方法得到的氮化铝锥尖3比增强刻蚀方法获得氮化铝锥尖3的尖端半径更小，有利于实现高长径比的锥型结构。

实施例4

本实施例的单个氮化铝栅极结构参见图5(a)，该氮化铝锥尖3具有长径比在～16、尖部曲率半径～20纳米，栅极厚度～100纳米，底部直径为～0.4微米。具体步骤入下：

1)取一块(001)取向的单晶硅作为衬底1，采用常规的半导体清洗工艺，顺序为丙酮，酒精和去离子水溶液中依次超声清洗，然后用氮气吹干；

2)经步骤1)清洗得到的硅衬底1上，利用射频磁控溅射方法生长一层氮化铝薄膜3，其生长条件如下：氮气/氩气混合的比例为17.5：10.2，生长温度为700oC，溅射气压为15mTorr，溅射入射功率为100W，反射功率为0.5W，溅射时间为3个小时，生长出(002)取向的厚度为500nm左右的氮化铝膜3；

3)参考图5(a)，本实施例制作的单个氮化铝栅极结构与实施例2单个氮化铝锥3结构的不同之处在于：在单晶硅(001)衬底1的表面上，采用射频磁控溅射方法生长氮化铝薄膜2以后，还包括步骤3’)：在温度为500℃条件下，在氮化铝3的表面溅射一层厚度为80nm的金膜层4，用作生成栅极的金属层；溅射完毕等降温到60℃以下时，将样品从磁控溅射中取出；再利用实施例3中的步骤3)具体操作进行加工，在刻蚀过程中控制刻蚀参数使得将中间圆环部分的金膜层4刻蚀完，只形成氮化铝锥尖3，刻蚀的图样可由FIB扫描电镜系统实时观察。为降低镓离子的影响，本实施例设置离子束流为10pA。对于500℃下溅射沉积的金膜在刻蚀圆孔过程中不容易脱落，因而更加有利于场发射过程中栅极的控制作用。这种刻蚀方法省去了光刻等工序，制备流程少，工序简单，因而是一种制作这种栅极场发射结构的很好的方法。

本发明涉及的氮化铝锥尖3和栅极锥尖结构的制备方法，包括：在(001)取向的硅片上利用射频磁控溅射方法生长氮化铝薄膜2，并在形成的氮化铝薄膜2上镀金膜层4；利用聚焦离子束刻蚀系统分别对氮化铝薄膜2和镀有金膜层4的氮化铝薄膜3进行刻蚀，形成单个或阵列氮化铝锥尖3结构和栅极氮化铝锥尖3结构，并通过优化刻蚀参数实现对氮化铝锥尖3的长径比、形状、密度等方面的控制。制备的氮化铝锥3形结构具有长径比在3—30之间、尖部最小曲率半径低于20纳米等优点，优秀的场发射性能和优越的稳定性适用于场发射器件、扫描探针系统、纳米压印以及真空微纳电子学领域。通过刻蚀形成的栅极氮化铝锥尖3结构，省去了传统工艺中必须的沉积绝缘层和光刻等多道工序，具有制备流程少，工序简单和低成本的特点，从而直接提供了一种制作栅极氮化铝锥尖3场发射结构的新方法。

实施例5

本实施例的氮化铝锥尖栅极结构阵列参见图5(b)，该阵列中的每个氮化铝锥尖3具有长径比～16、尖部曲率半径～20纳米，底部直径为～0.4微米。

利用实施例4的方法获得带有栅极金属层的氮化铝薄膜2，工艺的具体操作步骤如实施例4所述，其中与实施例不同之处在于在刻蚀氮化铝锥尖3栅极结构构成中，可以利用聚焦离子束系统辅助软件将上述的圆环形刻蚀图样做周期排列，并控制每个圆环之间的间距，可以刻蚀制备出氮化铝锥尖3场发射阵列(FEA)。利用这种阵列圆环刻蚀图样所获得的氮化铝锥尖3阵列，每个圆孔洞的半径设置为1μm，间距为5μm。通过SEM图片可以看出，该刻蚀方法能容易地得到周期性很好的氮化铝锥尖3阵列，可以用作场发射显示器件。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种氮化铝锥尖的制作方法，包括以下步骤：

1)清洗衬底：取一块硅衬底(1)，采用常规的半导体超声清洗工艺清洗干净待用；

2)在衬底(1)上沉积氮化铝薄膜(2)：将经步骤1)清洗得到的硅衬底(1)，放入射频磁控溅射系统中进行射频磁控溅射，在衬底(1)上生长一层氮化铝薄膜(2)，其生长条件如下：基础真空为5×10-4Pa，氮气/氩气混合的比例为(40-90):10体积比，衬底温度控制在300-800℃范围内，溅射气压为5-50mTorr；生长时间为2-10小时，在硅衬底(1)上生长出厚度为150～1800纳米的(002)取向的氮化铝膜(2)；

3)刻蚀氮化铝锥尖(3)：将步骤2)生长了氮化铝薄膜3的样品放入到聚焦离子束刻蚀系统中，当腔体真空度达5.5×10-5mbar时，加5kV电子束高压，；进行形貌观察，并进行样品定位；定好位后加镓离子束源，设置离子源束流；最后，通过预先设置刻蚀图样，按照预先设置刻蚀图样对氮化铝薄膜(2)样品进行聚焦离子束刻蚀，得到氮化铝锥尖(3)结构；其中聚焦离子束刻蚀参数：使用镓离子源，离子束电压30kV，束流采用10-300pA。

2，按权利要求1所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，还包括制备栅极氮化铝锥尖3结构的步骤3’)，具体工艺如下：

将步骤2)得到的在硅衬底(1)上生长(002)取向的氮化铝薄膜(2)的样品，采用磁控溅射工艺，在氮化铝薄膜(2)的表面沉积一用作生成栅极的金属层(4)，其中沉积温度为500oC，沉积的金膜层(4)的厚度为30-200nm；溅射完毕等降温到60℃以下时，将样品从磁控溅射中取出；再重复步骤3)刻蚀氮化铝锥尖(3)的工艺，对沉积金属层(4)的样品进行加工刻蚀成的氮化铝锥(3)围在中心的栅极结构。

3，按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括选择硅刻蚀方法，其主要参数：使用镓离子源，离子束电压为30kV，束流采用10-100pA，刻蚀圆环图样的外半径设定为0.5-5μm，内半径设定为20-500nm；点逗留时间为1.0μS，点重叠率为50％；在刻蚀过程中，通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

4.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括增强刻蚀步骤，所述的增强刻蚀步骤选择以卤素化合物为反应气体，具体工艺条件如下：选择使用镓离子源，离子束电压为30kV，刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.4μS，点重叠率为0％，外径设定为0.5-5μm，内半径设定为50-2000nm；在刻蚀过程中，通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

5.按权利要求4所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，所述的卤素化合物为碘、溴或氯。

6.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括绝缘增强刻蚀步骤，所述的绝缘增强刻蚀步骤以二氟化氙作为反应气体，具体工艺条件如下：使用镓离子源，离子束电压为30kV，刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.2μS，点重叠率为0％，刻蚀的圆环图样的外半径设定为0.5-5μm，内半径设定为50-1000nm；在刻蚀过程中，可以通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

7.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，所述的聚焦离子束刻蚀系统为FEI-DB235型号的聚焦离子束刻蚀系统。

8.按权利要求2所述的栅极氮化铝锥尖的制作方法中，其特征在于，所述的制作栅极金属层(4)的金属为金、白金或铝。

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