复合型硅基场发射阵列阴极研究

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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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