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在信息日益发达的社会里,信息显示器件具有非常重要的地位。阴极射线管(cathode ray tube:CRT)显示是最早的,最成熟的,也是性能价格比最高的信息显示技术,但CRT存在体积庞大,笨重等缺陷。场发射显示技术是能够保留CRT显示质量,并使之平板化的重要的平板显示技术。
场发射阴极是场发射平板显示的关键,深入理解场发射的机制是开发高效场发射阴极的基础。但是至今为止,只有金属的场发射理论即Fowler-Nordheim理论是人们普遍接受和公认的。其它材料如半导体材料、纳米材料等的场发射过程有时并不遵循Fowler-Nordheim理论。硅材料是人们最为熟悉的半导体材料,研究硅材料的场发射机理有助于深入了解半导体材料的场发射机制。场发射电子能谱是探索场发射机理的重要的工具。
本文利用金属的场发射理论,结合半导体能带理论,计算了n型硅的场发射电子能谱,并与n型硅场发射电子能谱的实验测量结果进行比较分析,探讨了半导体硅的场发射机制。首先采用有限元方法求解了金属尖端的电场分布,在此基础上,求得了硅微尖的近似电场分布。根据硅微尖的电场分布,计算了硅的能带弯曲,并结合会属的场发射电子能谱基础,得到了硅的场发射电子能谱。对温度、掺杂浓度、介电常数等因素对硅场发射电子能谱的影响进行了讨论。计算得到的结果基本与实验结果相符合。同时对实验和计算结果的差异进行了分析讨论。