CN118588513B - 多孔硅基电子发射源及其制备方法、设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多孔硅基电子发射源及其制备方法、设备，涉及阴极电子发射源技术领域。多孔硅基电子发射源的制备方法包括：获取多孔硅层；采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层，以将多孔硅层充分且均匀氧化；对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火。该制备方法采用恒压模式的电化学氧化方法对多孔硅层进行氧化处理，能够充分均匀钝化多孔硅层，从而有效提高多孔硅基电子发射源的电子发射效率。相比传统快速热氧化、高温水蒸气退火、高温热碳化等工艺，电化学氧化方法具备常温、大面积、低成本等优势，有望大规模用于制备真空微电子器件的片上高效电子源，满足未来真空微电子器件的高度集成与多功能化发展需求。

Description

多孔硅基电子发射源及其制备方法、设备

技术领域

本发明涉及阴极电子发射源技术领域，具体地，涉及一种多孔硅基电子发射源及其制备方法、设备。

背景技术

为满足真空微电子器件的需求，研究人员开发了多种不同类型的冷阴极电子源，如金属锥尖场电子源、金属氧化物二极管电子源、表面传导电子源、多孔硅阴极电子发射源等。其中，多孔硅阴极电子源作为一种硅基电子源，具备坚实的硅技术基础，同时结构简单、工作电压低、发射角小、发射电子对气体压力不敏感，因而备受青睐。

多孔硅电子发射源具有顶电极-多孔硅-硅衬底的多层结构，其中多孔硅层及填充在其内部的纳米晶（nc-Si）对其电子发射性能具有显著影响。电子发射效率是评判该器件发射性能的基准，定义为器件发射电流与传导电流的比值。随着真空微电子器件集成度的不断提高及其功能的多样化，对片上电子源的电子发射效率的要求越来越高。为提高多孔硅电子源的电子发射效率，采用脉冲腐蚀得到孔隙率周期性变化的多层多孔硅是一个有效选择。此外，对多孔硅层进行快速热氧化、高压水蒸气退火、高温热碳化等后处理可进一步钝化其结构以形成电子加速必不可少的隧穿通道。尽管这些后处理工艺不同程度提高了电子发射特性，但昂贵的半导体设备使得工艺成本难以降低，且涉及的高温或高压过程会对多孔硅表面微结构造成不可逆损伤。为此，研究人员在多孔硅微结构和后处理方面进行了新的尝试，包括将上述不同后处理工艺相结合的复合处理工艺或低温和低压条件下的多步循环处理工艺。尽管这些新工艺部分改善了电子发射特性，但其却显著增加了工艺复杂性，使器件制备工艺难度和成本进一步增加，不利于器件后续大规模制造及应用。此外，具有复杂形态的较厚多孔硅层采用上述后处理工艺仍存在不完全钝化或局部过度氧化现象，这导致电子在隧穿过程中受到额外的散射作用，使得电子发射效率仍明显低于预期水平（不超过5％），这限制了其作为片上电子源在先进真空微电子器件中的大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多孔硅基电子发射源及其制备方法、设备，旨在解决现有技术中多孔硅电子源发射效率低下的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种多孔硅基电子发射源的制备方法，包括：获取多孔硅层；采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层，以将多孔硅层充分且均匀氧化；对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火。

在一些实施例中，采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层包括：将多孔硅层置于第二电解液后，在多孔硅层和第二电解液之间加载恒定电压；对多孔硅层进行预设时间的电化学氧化处理。

在一些实施例中，第二电解液包括硫酸溶液、硝酸溶液或氢氧化钠溶液，第二电解液的溶液浓度介于0.1-5 mol/L之间；恒定电压不超过100 V，预设时间不超过60 min。

在一些实施例中，采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层还包括：在对多孔硅层进行电化学氧化处理的过程中，使用光源照射多孔硅层，以提供多孔硅层在氧化时所需的空穴。

在一些实施例中，对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火包括：将多孔硅层置于炉腔中，在预设温度和预设环境下对多孔硅层进行退火后自然冷却，其中，预设温度介于500-1000摄氏度之间，退火时间不超过120 min，预设环境包括在惰性气体或真空环境下对多孔硅层进行退火处理。

在一些实施例中，获取多孔硅层包括：将硅晶片置于第一电解液后，向硅晶片施加特定电压或特定电流进行电化学腐蚀处理，得到多孔硅层。

在一些实施例中，第一电解液包括氢氟酸或氢氟酸与乙醇的混合溶液，其中，混合溶液中氢氟酸的占比不低于20%；硅晶片包括n型硅或p型硅，硅晶片的电阻率不超过10⁶Ω·cm；特定电流的电流密度小于200 mA/cm²。

在一些实施例中，对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火之后，制备方法还包括：在多孔硅层的表面沉积顶电极，在硅晶片的背面沉积底电极。

本发明实施例第二方面提供了一种多孔硅基电子发射源，包括依次堆叠的底电极、硅衬底、多孔硅层和顶电极，多孔硅基电子发射源采用上述实施例中的制备方法制得。

本发明实施例第三方面提供了一种制备多孔硅基电子发射源的设备，包括：多孔硅获取设备，用于获取多孔硅层；电化学氧化设备，用于采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层，以将多孔硅层充分且均匀氧化；热退火设备，用于对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火。

本发明与现有技术相比，其有益效果至少包括：

（1）相比传统热氧化、高温水蒸气退火或高温热碳化方法，采用电化学氧化处理多孔硅层，将多孔硅层置于电解液中，无需高温环境，具有室温、成本低、大面积优势；

（2）采用恒压模式电化学氧化来钝化多孔硅层，在恒压电场的作用下，能使来自硅晶片的空穴均匀分布在整个多孔硅层，因而氧化将从整个多孔硅层同时进行，避免了氧化阻断现象，该过程能够不受多孔硅层厚度限制，从而获得均匀彻底的钝化效果；

（3）采用恒压模式电化学氧化来钝化多孔硅层，通过对电压、氧化时间、电解液溶度等工艺参数进行合理设置，实现了目前已知的最高的多孔硅基电子发射源的电子发射效率，可达16.8%。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是采用本发明实施例的多孔硅基电子发射源进行电学特性测试示意图；

图2是根据本发明实施例的多孔硅基电子发射源的制备方法的流程示意图；

图3是根据本发明实施例及对照例两组样品的电子发射特性测试结果对比示意图；

图4是根据本发明实施例及对照例两组样品的透射电镜截面形貌图；

图5是根据本发明实施例中恒压氧化样品的氧含量分布及氧化原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中所发明的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体发明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参照图1，图1是根据本发明实施例的多孔硅基电子发射源100进行电学特性测试示意图。在本实施例中，多孔硅基电子发射源100包括依次堆叠的底电极110、硅衬底120、多孔硅层121和顶电极130。

如图1所示，可以在顶电极130和底电极110之间施加直流偏压V_ps，从硅衬底120注入至多孔硅层121中的电子通过氧化互联的硅纳米晶体获得隧穿加速，一些电子获得足够的动能穿透顶电极130并发射到真空中。在对多孔硅基电子发射源100进行电学特性测试时，可以将整个器件置于真空腔中，真空度可以约为3×10^-4 Pa，在器件的顶电极130之上距离h（h例如可以是5 mm）位置设置收集极10，其可以相对顶电极130施加正电压V_c（V_c例如可以是200 V）以收集发射电子，发射电流密度J_e和二极管电流密度J_ps作为直流偏压V_ps的函数被记录，多孔硅基电子发射源100的电子发射效率η=J_e/J_ps。多孔硅基电子发射源100出现电子发射时的阈值电压记为V_th。

研究中发现，在多孔硅基电子发射源100中，多孔硅层121及其中填充的纳米晶对电子源电子发射性能具有显著影响。对多孔硅层121进行氧化处理可提升器件的电子发射性能。电化学氧化是一种常温液相氧化方法，只需要将多孔硅层121置于特定的电解液中作为阳极，通过外部电源施加一定幅值的电流或电压来吸引电解液中的含氧阴离子至多孔硅层121内表面来将其钝化，从而提升电子发射效率。

基于此，本发明实施例提供了一种多孔硅基电子发射源的制备方法，包括：获取多孔硅层；采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层，以将多孔硅层充分且均匀氧化；对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火。该制备方法采用恒压模式的电化学氧化方法对多孔硅层进行氧化处理，在恒压电场的作用下，能使来自硅晶片的空穴均匀分布在整个多孔硅层，因而氧化将从整个多孔硅层同时进行，避免了氧化阻断现象，该过程可以不受多孔硅层厚度限制，从而获得均匀彻底的钝化效果。

以下，将结合图2来说明通过电化学氧化方法处理多孔硅基电子发射源100中的多孔硅层121的过程。图2是根据本发明实施例的多孔硅基电子发射源的制备方法的流程示意图。需要说明的是，本发明所公开的方法不限于图2所示的完整步骤，可以仅包含其中的一个步骤或者多个步骤。

如图1和图2所示，多孔硅基电子发射源100的制备方法可以包括步骤S210~步骤S230。

在步骤S210，获取多孔硅层121。

在一些实施例中，可以通过阳极氧化法获取多孔硅层121。具体而言，可以将硅晶片置于特定电解液后，向硅晶片施加特定电压或特定电流进行电化学腐蚀处理，得到多孔硅层121。硅晶片的另外部分区域则作为硅衬底120。鉴于后文在电化学氧化多孔硅层121时，也需要将多孔硅层121置于电解液中，为避免混淆，将步骤S210中用到的电解液称为第一电解液，将后续步骤S220中用到的电解液称为第二电解液。第一电解液通常不同于第二电解液。

在一些实施例中，硅晶片可以包括n型硅或p型硅，硅晶片的电阻率不超过10⁶Ω·cm。电解液（即第一电解液）可以是氢氟酸（HF）或氢氟酸与乙醇的混合溶液，其中，混合溶液中氢氟酸的占比不低于20%。为了避免阳极氧化时硅晶片出现电抛光现象，阳极氧化电流的电流密度通常小于200 mA/cm²。此外，为了调控多孔硅层121内的电场分布以促使电子高效隧穿，可以采用脉冲腐蚀波形实现孔隙度周期性变化的多层结构多孔硅，具体的腐蚀电流、腐蚀周期及脉冲数可根据具体需要调节，本发明不做具体限定。

在另一些实施例中，还可以通过硅溶胶法、水热腐蚀法、火花放电法等方式获取多孔硅层121。

在步骤S220，采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层121，以将多孔硅层121充分且均匀氧化。

值得一提的是，本发明实施例采用恒压模式电化学氧化来钝化多孔硅层121，不受多孔硅层121厚度限制，可使其获得均匀、充分的钝化效果，从而能显著提升电子发射效率。在本实施例中，充分氧化是指多孔硅层121完全氧化，不存在局部未完全氧化的情况；均匀氧化是指多孔硅层121中各处氧化的程度一致，不存在局部过度氧化的情况。这也是本发明优于其他现有制备工艺的地方。

需要强调的是，恒压模式电化学氧化不同于恒流电化学氧化，两者在实现充分且均匀氧化方面存在差距。相关内容将在后文具体实施例中予以说明。

在一些实施例中，步骤S220可以具体包括：将多孔硅层121置于第二电解液后，在多孔硅层121和第二电解液之间加载恒定电压；对多孔硅层121进行预设时间的电化学氧化处理。

在一些实施例中，第二电解液可以为硫酸溶液、硝酸溶液或氢氧化钠溶液等，其浓度可以介于0.1-5 mol/L之间。所施加的恒定电压不超过100 V，电化学氧化时间根据多孔硅层121厚度及形貌决定，通常不超过60 min。

在一些实施例中，步骤S220还可以进一步包括：在对多孔硅层121进行电化学氧化处理的过程中，使用光源照射多孔硅层121，以提供多孔硅层121在氧化时所需的空穴，进而提高电化学氧化速率。在一些实施例中，光源可以是钨灯；所使用光源的功率不超过1000W；光源距多孔硅层121不超过50 cm。

可以理解的是，以上多孔硅层结构、电解液浓度、施加电压、氧化时间、光源的光强及距离样品距离是本领域技术人员可根据所使用硅片的具体信息及最终目的进行适当选择的。

在步骤S230，对电化学氧化处理后的多孔硅层121进行热退火。

具体而言，可以将多孔硅层121置于炉腔中，在预设温度和预设环境下对多孔硅层121进行退火后自然冷却。如此，可排除多孔硅层121孔内残留的电解液，并进一步提高电化学氧化得到的二氧化硅层质量。在一些实施例中，预设温度（即退火温度）可以选择自500-1000摄氏度之间；退火时间不超过120 min。预设环境可以是包括在惰性气体或真空环境下对多孔硅层121进行退火处理。惰性气体可以是氮气或氩气。换言之，退火可以在真空下进行，也可以在氮气或氩气等惰性气体氛围下进行。

请继续参阅图1和图2，在一些实施例中，本发明实施例的制备方法还可以进一步包括顶电极130和底电极110的制备过程，即：在多孔硅层121的表面沉积顶电极130，在硅晶片的背面沉积底电极110。硅晶片的背面也就是硅衬底120的背面。

具体而言，底电极110可以为常规的单层金属电极，如铜、银、金等，也可以是复合的金属电极，如镍/铜/镍电极。考虑到较低的金属功函数有利电子发射，同时还需要与多孔硅层121具有良好的物理粘附性，所使用的顶电极130通常可以是金电极，金电极的厚度介于5-50 nm之间。电极110、130可通过磁控溅射法、真空蒸镀法或电子束蒸镀法等方法进行制备，本发明不做具体限定。

为了便于理解，下面将结合具体实施例对本发明的硅基电子发射源的制备方法进行描述，并设定对比组，以说明本发明实施例所提供的多孔硅基电子发射源的制备方法的优点。具体实施例可以包括以下步骤：

步骤S1₀：使用电化学腐蚀法制备多孔硅层。选取电阻率为0.02 Ω·cm的n型<100>硅晶片，将其置于HF（40%）溶液：乙醇=1:1的溶液中进行阳极氧化处理，其中，通电时间3min设为组A，通电时间5 min设为组B，A组和B组所施加的阳极氧化电流的电流密度均为30mA/cm²。

步骤S2₀：对步骤S1₀所制得的多孔硅层进行电化学氧化处理。A组样品分为两批，均置于0.5 mol/L硫酸中，分别通过恒压模式对样品进行电化学氧化20 min和30 min，所选用的恒定电压为50 V。B组样品为对照组，将B组样品置于0.5 mol/L硫酸中，使用恒流模式进行电化学氧化15 min，恒定电流的电流密度设置为30 mA/cm²。为了提升氧化速率，A组和B组的所有样品的电化学氧化过程均在500 W钨灯照明下进行，以提供反应所需的空穴，样品均设置在距离钨灯20 cm的距离处。

步骤S3₀：将步骤S2₀中的电化学氧化后的多孔硅层进行热退火处理。两组样品均在炉腔中进行550摄氏度退火60 min，以提高电化学氧化所得的二氧化硅层的质量。退火时均采用N₂作为保护气体，退火结束后自行冷却至室温。

步骤S4₀：取出热退火后的A组和B组样品，在其硅晶片背面溅射90 nm的Ni/Cu/Ni薄膜形成底电极，在多孔硅层一侧溅射10 nm的Au薄膜作为顶电极。

请参照图3，图3是根据本发明实施例（A组）及对照例（B组）两组样品的电子发射特性测试结果对比示意图。图3所示结果根据图1所示的电学特性测试示意图进行测试。

如图3所示，横坐标表示直流偏压V_ps，左侧纵坐标表示二极管电流密度J_ps，右侧纵坐标表示发射电流密度J_e。图3中的（a）和（b）为A组的两个样品，（c）为B组样品。结果表明，采用恒压模式可以显著提升电子发射效率，尤其是在电压为50 V且氧化时间为20 min时（即图3（a）对应的样品），可以实现远超恒流模式电化学氧化所得样品的电子发射效率。对于该样品，当偏置电压达到28 V时，获得了16.8%的电子发射效率，该发射效率值是当前已知的此类电子源的最高值。

请参照图4和图5，图4是根据本发明实施例（A组）及对照例（B组）两组样品的透射电镜截面形貌图；图5是根据本发明实施例（A组）中恒压氧化样品的氧含量分布及氧化原理示意图。

如图4所示，显示采用恒压模式（图4中（a）、（b）、（c）、（d））进行电化学氧化后多孔硅层的表面及内部更加均匀。对于恒流氧化的B组（图4中（e）、（f）），内部出现了显著的氧化分层现象，表明氧化的不均匀性，而恒压氧化则未出现氧化分层现象。

如图5所示，为了获得A组样品的氧化规律，图5中（a）给出了A组两个样品在采用X射线能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）进行深度方向的氧元素扫描结果，其中，横坐标表示深度，纵坐标表示氧元素含量。该结果显示在不同氧化时间下，氧元素含量均随深度均匀分布，只是氧化程度有所差异。图5中（b）、（c）借助电化学氧化模型示意图对这两种不同氧化模式下的氧化特性进行了解释。在恒流电化学氧化过程中，对应的氧化电压较低，这使得电解液/多孔硅界面处的场强较弱，硅衬底中的空穴仅能被吸引至孔底，因而氧化从多孔硅底部开始。随着底部氧化层致密性不断加强，空穴注入被彻底阻断，氧化随即终止，从而造成不完全氧化现象。在恒压氧化过程中，电解液/多孔硅界面处的场强较强，来自硅衬底的空穴被注入至硅柱顶部，使得空穴均匀分布在整个多孔硅层，因而氧化将从整个多孔硅层同时进行，避免了氧化阻断现象，从而可实现均匀彻底的氧化效果。

以上，介绍了一种多孔硅基电子发射源及其制备方法。基于本发明实施例提供的多孔硅基电子发射源的制备方法，至少具有如下有益效果：

相比传统热氧化、高温水蒸气退火或高温热碳化方法，采用电化学氧化处理多孔硅层，将多孔硅层置于电解液中，无需高温环境，具有室温、成本低、大面积优势；采用恒压模式电化学氧化来钝化多孔硅层，在恒压电场的作用下，能使来自硅晶片的空穴均匀分布在整个多孔硅层，因而氧化将从整个多孔硅层同时进行，避免了氧化阻断现象，该过程可以不受多孔硅层厚度限制，从而获得均匀彻底的钝化效果；采用恒压模式电化学氧化来钝化多孔硅层，通过对电压、氧化时间、电解液溶度等工艺参数进行合理设置，实现了目前已知的最高的多孔硅阴极电子源的电子发射效率，可达16.8%。

多孔硅基电子发射源100可以通过上述实施例所公开的制备方法制得，因此具有和上述制备方法相同或相近的特征和优点，故不再赘述。

此外，本发明实施例还提供了一种制备多孔硅基电子发射源的设备，包括：多孔硅获取设备、电化学氧化设备和热退火设备。

多孔硅获取设备，用于获取多孔硅层。在一些实施例中，多孔硅获取设备可用于执行上述制备方法中的步骤S210。

电化学氧化设备，用于采用恒压模式的电化学氧化法处理多孔硅层，以将多孔硅层充分且均匀氧化。在一些实施例中，电化学氧化设备可用于执行上述制备方法中的步骤S220。

热退火设备，用于对电化学氧化处理后的多孔硅层进行热退火。在一些实施例中，热退火设备可用于执行上述制备方法中的步骤S230。

作为示例，制备多孔硅基电子发射源的设备具体可以包括电解槽、电解液、恒压电源，但本发明并不限定于此。制备多孔硅基电子发射源的设备具有和上述制备方法相同或相近的特征和优点，故不再赘述。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多孔硅基电子发射源的制备方法，其特征在于，包括：

获取多孔硅层；

采用恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层，以将所述多孔硅层充分且均匀氧化；所述采用恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层包括：将所述多孔硅层置于第二电解液后，在所述多孔硅层和所述第二电解液之间加载恒定电压；对所述多孔硅层进行预设时间的电化学氧化处理；所述第二电解液包括硫酸溶液、硝酸溶液或氢氧化钠溶液，所述第二电解液的溶液浓度介于0.1-5 mol/L之间；所述恒定电压不超过100 V，所述预设时间不超过60 min；恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层，使得来自硅衬底的空穴均匀分布在整个多孔硅层，氧化从整个多孔硅层同时进行，避免氧化阻断现象，从而获得均匀彻底氧化的多孔硅层；

对电化学氧化处理后的所述多孔硅层进行热退火。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层还包括：

在对所述多孔硅层进行电化学氧化处理的过程中，使用光源照射所述多孔硅层，以提供所述多孔硅层在氧化时所需的空穴。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对电化学氧化处理后的所述多孔硅层进行热退火包括：

将所述多孔硅层置于炉腔中，在预设温度和预设环境下对所述多孔硅层进行退火后自然冷却，

其中，所述预设温度介于500-1000摄氏度之间，退火时间不超过120 min，所述预设环境包括在惰性气体或真空环境下对所述多孔硅层进行退火处理。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获取多孔硅层包括：

将硅晶片置于第一电解液后，向所述硅晶片施加特定电压或特定电流进行电化学腐蚀处理，得到所述多孔硅层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一电解液包括氢氟酸或氢氟酸与乙醇的混合溶液，其中，所述混合溶液中氢氟酸的占比不低于20%；

所述硅晶片包括n型硅或p型硅，所述硅晶片的电阻率不超过10⁶ Ω·cm；

所述特定电流的电流密度小于200 mA/cm²。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述对电化学氧化处理后的所述多孔硅层进行热退火之后，所述制备方法还包括：

在所述多孔硅层的表面沉积顶电极，在所述硅晶片的背面沉积底电极。

7.一种多孔硅基电子发射源，包括依次堆叠的底电极、硅衬底、多孔硅层和顶电极，其特征在于，所述多孔硅基电子发射源采用权利要求1-6中任一项所述的制备方法制得。

8.一种制备多孔硅基电子发射源的设备，其特征在于，包括：

多孔硅获取设备，用于获取多孔硅层；

电化学氧化设备，用于采用恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层，以将所述多孔硅层充分且均匀氧化；所述采用恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层包括：将所述多孔硅层置于第二电解液后，在所述多孔硅层和所述第二电解液之间加载恒定电压；对所述多孔硅层进行预设时间的电化学氧化处理；所述第二电解液包括硫酸溶液、硝酸溶液或氢氧化钠溶液，所述第二电解液的溶液浓度介于0.1-5 mol/L之间；所述恒定电压不超过100 V，所述预设时间不超过60 min；恒压模式的电化学氧化法处理所述多孔硅层，使得来自硅衬底的空穴均匀分布在整个多孔硅层，氧化从整个多孔硅层同时进行，避免氧化阻断现象，从而获得均匀彻底氧化的多孔硅层；

热退火设备，用于对电化学氧化处理后的所述多孔硅层进行热退火。