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本论文主要研究了准一维纳米结构平面场发射器件中的漏电问题以及基于氧化锌纳米线的平面发射器件。相较于垂直场发射器件,侧向或平面发射器件更容易制备以及电极设计灵活性。更重要的是,由于小的电极间交叠,使得这样的器件拥有非常小的电容,进而提升了器件工作频宽。而且添加更多电极也是很容易实现的。目前这种器件较大的问题在于较低的器件密度。有鉴于此,本研究的目标就在于将平面发射器件这个概念推广到纳米尺度上,透过制备极小的纳米发射体来提高器件密度。
在基于500 nm氧化硅绝缘层的碳纳米管平面场发射器件中,此研究证实了这类器件中确实存在可观的漏电信号,而且这个漏电流行为上与场发射不可区别。透过有限元方法对发射体端部电场的分析,相较于其它报道结果,我们的器件实际上尚未达到可观场发射电流的电压门槛。进一步的分析与调研表明,我们所观测到的现象是所谓的绝缘层内部电子价带至导带的遂穿。利用Zener绝缘体遂穿理论,我们模拟出了类似Fowler-Nordheim图的结果。我们的结果和分析表明,在FN理论适用的范畴里其线性行为只是确立场发射现象的必要而非从分的条件(至少对于平面发射而言);欲确立结果为场发射需要其他的验证。以单边侧向结构来说,一个从负偏压至正偏压可重复的Ⅰ-Ⅴ曲线足矣。而对于双边侧向发射结构,在观察到可能的场发射现象时还则需要进一步的对两电极与硅片个别进行漏电验证。
本论文中的第二部分我们采用800 nm厚的氧化硅及高掺硅衬底制备出基于氧化锌的平面场致发射器件。实验中,我们用了本实验室开展的微操纵技术隔离出单根的氧化锌纳米线。透过标准的电子束曝光技术我们成功的制备了尖端-阳极距离极小的平面发射器件。原位电学测量的结果显示,这类的氧化锌器件仍然有着很高的工作电压:200 V的电压下只实现了1 nA左右的场发射电流。考量到第一部分的结果,即使是800 nm厚的绝缘层,在如此高的电压下也将无法排除漏电的贡献。