复合型硅基场发射阵列阴极研究

摘要

场发射阵列阴极作为一种新型电子源，具有体积小、功耗低、响应速度快、抗辐射、工作温度范围宽等优点，在众多领域有着重要的应用前景。但是目前，阴极的发射电流密度低和发射稳定性差，限制了其在实际器件中的应用。
　　本文在传统微尖FEA结构基础上，采用新型的发射材料和独特的工艺，对复合型硅基场发射阵列阴极进行了制备和研究：选用附着力好、熔点高的多晶硅材料作为高阻尖锥基进行沉积；选用逸出功低、熔点高、电导率高、耐离子轰击、化学性质稳定的六硼化镧作为发射尖锥材料进行尖锥覆膜，以提高阴极的发射电流密度和发射稳定性。
　　本文工作主要有：复合型硅基场发射阵列阴极的工艺研究、动态测试和结果分析。论文详细研究了阴极阵列的制备工艺：在 n型硅衬底上，用硅热氧化工艺制作800 nm的绝缘层；采用磁控溅射法沉积200 nm的Ti-W栅极；使用半导体光刻工艺制作间距6μm，孔径1μm的空腔阵列，并对腔腹进行化学刻蚀；采用真空热蒸发法蒸镀Al牺牲层，电子束蒸发法沉积多晶硅尖锥基。通过对牺牲层的清洗和LaB6发射材料的电子束蒸发覆膜，最终制备出发射体形貌优良的复合型硅基场发射阵列。
　　对复合型硅基场发射阵列进行了动态测试。测试过程中，阴极和栅极短路严重，是下一步研究的重点。
　　最后对影响发射电流密度和发射稳定性的因素进行了分析，主要包括尖锥蒸镀不完全、尖锥的断裂与脱落、阴极的氧化、栅极的开裂与脱落、阴栅短路、尖锥微凸与毛刺，并提出了改进意见。

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第一章 绪论

1.1 场致发射的研究进程

1.2 场致发射阵列阴极原理

1.3 场发射阵列的实际运用

1.4 课题研究意义

1.5 本论文主要工作

第二章 场致发射理论

2.1 金属表面电子发射机理

2.2 金属的场发射理论

2.3 FEA发射材料选择标准

第三章 复合硅基场发射阵列的制备工艺

3.1 场发射阵列制备设计

3.2 场发射阵列阴极的制作

3.3 本章小结

第四章 复合型硅基场发射阵列阴极的测试

4.1 三极管结构制作

4.2 阴极的测试

4.3 本章小结

第五章 影响发射性能因素的分析

5.1 影响电流密度的因素

5.2 影响发射稳定性的因素

5.3 本章小结

第六章 总 结

6.1 本文的主要工作总结

6.2 下一步工作建议

致谢

参考文献

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硕士研究生期间发表的论文