阵列场发射电子源的新进展

阵列场发射阴极与真空微电子学是当前国际电子学领域的研究热点之一,发展迅速,某些先进电子物理装置内的真空不加热电子源也有相应发展。根据这一趋势,按真空电子发射学科的特点,抓住其中研究与报道相对集中的阴极类型,进行了扼要的总结、归纳与评价;对近年来信息显示学科领域内已发展为实用的阵列等离子体电子源也进行了简单的介绍。

电化学刻蚀法制备LaB_6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较。结果表明,LaB6作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性。在〈111〉面单晶LaB6基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB6微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB6基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性。该结论对LaB6材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义。

单晶LaB_6场发射阵列的电化学腐蚀工艺

六硼化镧(LaB6)场发射尖锥阵列的刻蚀工艺是制备LaB6场发射阵列阴极的关键。在(111)面单晶LaB6基片上,用等离子体增强化学气相沉积法制备氮化硅层做掩膜,光刻后采用电化学腐蚀方法对基片进行刻蚀,得到具有一定高度的LaB6尖锥场发射阵列。讨论了单晶LaB6的电化学腐蚀机理。改变各种电化学腐蚀参数,包括电解液成分、电解液浓度、阳极所加电压,用电子扫描显微镜观察样品形貌。结果发现H3PO4是刻蚀单晶LaB6的理想电解液,它克服了过去电化学实验中经常遇到的尖锥各向异性问题。随着电解液浓度或阳极电压的增大,尖锥高度增加,但是基底表面变得更为粗糙。另一方面,阳极电压太小时,有横向刻蚀现象产生,不利于提高发射体的场增强因子。此外,在二极管结构中初步测试了LaB6尖锥场发射阵列的电流发射特性,在真空度2×10-4Pa、极间距离0.1 mm、阳极电压900 V下,发射电流达到13 mA。

微图形定向碳纳米管场发射阵列冷阴极的研究

本文介绍了一种微图形化碳纳米管场发射阵列冷阴极,每个图形的直径仅为1μm,构成一个发射单元。制作工艺如下:首先在硅(100)基片上沉积氮化钛缓冲层,然后采用曝光工艺获得直径为1μm的胶孔阵列,沉积催化剂铁,最后采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)生长直立的碳纳米管。并对17500个发射单元的阵列阴极进行了表面形貌表征及场发射特性测试。结果表明,碳纳米管阵列阴极的一致性较好;最低开启电场为1 V/μm;电场为17 V/μm时,测得的电流密度已达到90 mA/cm2;发射电流为550μA时,在2.5 h内的波动小于5.6%。

提高钼尖锥场致发射阵列阴极发射性能的研究

在利用微细加工技术和双向薄膜沉积工艺制得的钼尖锥场致发射阵列阴极进行实用化的过程中,目前存在的两个主要障碍是,阴极发射电流密度低和工作不稳定。通过对阴极发射失效机理和失效阴极的SEM照片进行研究认为,导致电流密度较低的原因是由于尖锥阵列的不均匀性造成只有部分尖锥发射电子;引起发射不稳定的主要因素是由于尖锥表面的微凸起和毛刺以及它吸附的各种影响有效功函数的污染物。采用电阻限流技术提高了阵列发射的均匀性,同时通过阴极老炼技术增强了场发射的稳定性,使其电流发射密度有很大程度的提高,而且电流波动也大为减小。研究结果对于该阴极在射频功率和平板显示等器件上的应用有着重要的意义。

场发射栅孔阵列的制备

采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO2刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。

干法刻蚀制作场发射阴极阵列

利用离子束刻蚀(IBE)和反应离子刻蚀(RIE)等干法刻蚀方法来制造带栅极的场发射阴极阵列。本文描述了其制作的流程工艺,并对制作中的一些关键问题和技术进行了讨论。采用SF6作为反应气体的RIE用来制作硅尖,而用CF4+H2为反应气体的RIE用来清除SiO2,离子束刻蚀用来形成栅极。采用干法刻蚀,可以制造出栅极开口小的场发射阴极阵列。

钼尖场致发射阵列阴极的性能研究

利用微细加工技术和双向薄膜沉积技术对钼尖场发射阵列阴极的工艺进行了较为细致的研究 ,并在专用的真空系统中对所得阵列阴极的发射性能进行了测试 ,得到了一定的场致发射电流密度值。测试中采用数据采集系统监测栅极电压、阳极电压、阳极电流和栅极电流 ,测量了阴极阵列的发射稳定性和发射噪声。对发射的失效机理进行了实验研究和分析 ,认为发射失效的主要原因在于栅极和基底之间的漏电 ,尖锥和栅极孔间的暗电流 ,电极间的放电和放气 ,以及环境真空度和尖锥的不均匀性等。

场致发射硅尖阵列的研制

研究真空微电子器件场致发射硅尖阵列的制作工艺.利用HNA湿法腐蚀工艺制作场致发射硅尖阵列,比较带胶腐蚀与不带胶腐蚀的不同.采用氧化削尖技术对硅尖进行锐化处理.制作了50×60硅尖阵列,同时给出了硅尖阵列的I-V特性.利用HNA湿法腐蚀制备的硅尖结构与理论分析一致,锐化处理改善了硅尖阴极阵列的场致发射特性.

场致发射阵列阴极电子枪的设计及模拟研究

讨论了微波管用电子枪的一般参数和要求 ,对于在微波管中应用场发射阵列阴极电子枪的情况作了分析 ,表明其中存在的主要问题是电子注散焦。通过比较场发射电子注聚焦的几种方法 ,利用传统电子枪整体聚焦的思想 ,初步设计了一个场发射阵列阴极电子枪模型 ,它包括场致发射阵列阴极 ,一个Whelnelt电极 ,一个聚焦电极和一个阳极。通过利用Mafia软件对电子注轨迹的模拟计算 ,对电子枪的聚焦部分进行了改进。

功能覆盖膜对场发射阵列(FEA)电子发射性能的影响

为了寻找适合真空微电子器件的场发射阵列（FEA）覆盖材料，我们采用了一系列功能材料作为覆盖膜，薄膜淀积采用离子束辅助淀积（IBAD）以及其它淀积技术。在10^-6Pa下测量具有不同覆盖膜的硅FEA二极管的I－V特性，测量结果表明除Au和Mo外，其它覆盖材料都对FEA电子发射性能有改进，经TaN覆盖的FEA发射电流最大。由F－N曲线估算出有效表面功函数和有效发射面积，从而说明以上所得的实验结果。

场发射阵列（FEA）的稳定性（S）和可靠性（R）的研究

ＦＥＡ器件的性能由于半导体工艺水平和微机械加工技术的发展有了很大地提高。而其稳定和可靠性的研究是走向实用的必经过程。本文分析了温度、电压等因素对ＦＥＡ器件稳定和可靠性的影响。并研究了尖端发射表面功函数Φ、尖端发射面积Ｓ和尖端表面场强Ｅ与器件稳定性和可靠性的关系。

场发射阵列阴极在行波管中的应用

场发射阵列阴极应用于行波管的不足主要表现在:FEAs发射不稳定、阴极发射电流密度较低及电子束存在散焦的问题。分析了产生这些问题的主要原因,提出了相应的解决方案,主要包括:提高真空度,选择合适的发射体材料,增加电阻层等,以提高电子发射的稳定性;优化发射体结构参量,改善制作方法等,以增大阴极发射的电流密度;对电子枪结构进行修改,解决电子束散焦等问题。最后,概述了新型材料———碳纳米管在行波管中的应用现状,目前虽然还不成熟,却表现出了极大的潜力。

有电子束聚焦作用的场发射阵列

讨论了对发射电子束具有聚焦作用的场发射阵列 ,并制作了样管。为了抑制发射电子束的发散 ,采用电子束聚焦的方法。文中给出了三种结构的聚焦方案 ,开发的透明电阻层Ni SiO2

电化学生长法制备薄膜阵列场致发射阴极的研究

本文介绍一种制备薄膜场发射阵列阴极的新方法，这就是以玻璃为衬底的电化学生长法。文章给出了用这种方法生成的铜尖端阵列的形貌和结构，并给出了它的发射曲线。这些曲线表明，它们很好地与Ｆｏｅｌｅｒ－Ｎｏｒｄｈｅｉｍ公式一致。

真空微电子器件中的场发射硅尖阵列制作研究

本文阐述了本所采用湿法腐蚀方法制作硅场发射锥尖的过程和实验结果，并对其结果进行了讨论，同时还给出了测得的Ｆ—Ｎ和Ｖ—Ｉ特性曲线。

微波管环境下场发射阵列阴极的工作稳定性研究

场致发射阵列阴极在微波管中的应用无疑是微波真空电子器件的一场革命,但经过多年的研究和发展目前仍没有解决微波管环境下阵列阴极的工作稳定性和寿命问题.虽然国外也有一些利用这种冷阴极的行波管和预群聚速调四极管的实验,但都存在同样的寿命问题.本文对场致发射阵列阴极在微波管环境中的工作稳定性和失效机理进行了分析研究,主要原因是真空度、微波管的残余气氛、电子枪区域的高压打火和离子的回轰影响了阵列阴极的稳定性和寿命等,提出了场致发射阵列阴极在结构、发射体材料、处理工艺、整管排气封接过程等方面的改进方法,以使这种阴极能适应微波电真空器件的特殊环境.

基于ANSYS的场发射阵列阴极焊接应力研究

该文基于ANSYS平台模拟了场发射阵列阴极与钼电极钎焊工艺参数对钎焊层等效应力的影响,并根据仿真结果进行了实验验证。仿真结果表明,当钎焊温度为850℃时,最大等效应力最小;当降温速率为23℃/min时,最大等效应力最大,之后随降温速度的增加而迅速减小;在降温过程中,高温区逐渐向硅基底扩展,温度沿焊缝方向呈对称分布,焊缝中心温度高,两边温度低。测试结果表明,钎焊接头组织致密,焊缝结合良好,没有裂纹和空洞等缺陷,且钎料对硅基底的影响很小。这是一种可行的、低成本的实现硅基场发射阵列阴极焊接的有效方法。

128×128元硅场发射阵列的氩离子束刻蚀制作

利用光刻及氩离子束刻蚀制作面阵硅场发射器件，采用扫描电子显微镜和表面探针等分析所制样品的表面微结构形貌，定性讨论了刻蚀用氩离子束的能量及光致抗蚀剂掩模图形的厚度变化时所制成的面阵器件的形貌变化特点．

六硼化镧场发射阴极阵列的制作及特性(英文)

采用氧等离子体氧化刻蚀工艺,制备出尖锐的六硼化镧(LaB6)微尖锥场发射阵列。在二极管结构中测试了LaB6-FEAs的场发射性能,得到了真空度为5×10-5Pa下的I-V曲线及相应的Fowler-Nordheim节点。结果表明,由于LaB6材料较低的逸出功,使得阴极的开启电压较小,开启场仅为7 V/μm。此外,将氧等离子体氧化刻蚀方法与氩氧等离子体刻蚀方法和电化学刻蚀方法进行了比较,表明氧等离子体氧化刻蚀方法是制备LaB6场发射阴极阵列的一种理想工艺。