Fabrication and field emission characteristics of a novel planar-gate electron source with patterned carbon nanotubes for backlight units

This paper describes the fabrication of backlight units（BLUs） for a liquid crystal display（LCD） based on a novel planar-gate electron source with patterned carbon nanotubes（CNTs） formed by electrophoretic deposition. The electric field distributions and electron trajectories of this triode structure are simulated according to Ansys software.The device structure is optimized by supporting numerical simulation.The field emission results show that the emission current depends strongly on the cathode-gate gap and the gate voltage.Direct observation of the luminous images on a phosphor screen reveals that the electron beams undergo a noticeable expansion along the lateral direction with increasing gate voltage,which is in good agreement with the simulation results.The luminous efficiency and luminance of the fabricated device reaches 49.1 lm/W and 5500 cd/m^2,respectively.All results indicate that the novel planar-gate electron source with patterned CNTs may lead to practical applications for an electron source based on a flat lamp for BLUs in LCD.

金汇港南闸中孔大宽高比平面直升门的振动特性分析

针对大宽高比平面直升门在水流脉动压力作用下的动力特性问题,通过自振特性分析方法得到金汇港南闸中孔闸门的自振频率,通过物理模型试验测得不同工况下闸门模型上的脉动压力,采用快速傅里叶变换技术对脉动压力进行了频谱分析,得到各测点水流脉动压力的功率谱函数,并与自振特性结果进行对比判断是否会产生共振;将测得的水流脉动压力转换为有限元计算的节点荷载,采用随机振动法进行数值模拟,分析了闸门的流激振动响应,得到闸门不同开度条件下的动位移、动应力等响应结果。研究结果表明:水流脉动优势频率在1 Hz以内,与闸门一阶自振频率1.42 Hz错开度较大,不易产生共振;闸门动位移响应小于0.25 mm,最大总应力为8.15 MPa,闸门在不同开度条件下的动响应均在结构允许范围内,具有较高的安全性。

大跨度底轴驱动式翻板闸门结构计算分析

以某工程翻板闸门为例,分别采用空间体系法和平面体系法,对大跨度、低水头的底轴驱动式翻板闸结构进行计算。结果表明,空间体系法能更好地反映闸门的受力和变形特性,研究成果为该类型的闸门在实际工程中的设计与运用提供了参考和借鉴。

电泳沉积制备平行栅碳纳米管场发射阴极的研究

利用磁控溅射、光刻、湿法刻蚀和电泳技术在玻璃基片上成功制备平行栅场发射阴极阵列,用光学显微镜、场发射扫描电镜和拉曼光谱观察了碳纳米管的形貌和结构,并测试所制备的平行栅碳纳米管阴极的场发射性能。光学显微镜和场发射电子显微镜测试表明,平行栅结构阴极和栅极交替地分布,同一个平面内,CNTs有选择性地沉积在平行栅结构中的阴极表面。场发射测试表明,平行栅CNTs场发射阴极的开启电压为155V,发射电流高达268μA,场发射特性完全由栅压控制;此外,其场发射特性与丝网印刷工艺制备的阴极有相似甚至更佳的性能,开启电压更低,发光均匀性更好,具有更好的发射特性。

薄膜型平栅极FED背光源的制备及性能研究

利用磁控溅射和光刻技术在玻璃基底上制备薄膜型平栅极场发射阴极阵列,采用电泳工艺将碳纳米管(CNTs)发射材料转移到薄膜型平栅结构的阴极电极表面,借助光学显微镜和扫描电镜观测薄膜型平栅极场发射阴极阵列。利用Ansys软件模拟阴栅间距对阴极表面电场分布的影响,优化其结构参数,对其场发射特性进行了讨论。实验结果表明,CNTs能均匀地分散在平栅型结构的阴极表面,当电场强度为2.4 V/μm时,器件发射电流密度达到1.8 mA/cm2,亮度达3 000cd/m2,均匀性为90%,能稳定发射28 h,且具有较好的栅控作用。该薄膜型平栅极背光源技术简单、成本低,为将来制备新一代大面积场发射背光源提供了可行性方案。

平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用

为了提高场效应晶体管太赫兹探测器的响应度并降低噪声等效功率,需要对探测器集成平面天线的结构进行合理设计与优化,本文对集成平面天线结构的场效应晶体管太赫兹探测器的研究进行了深入调研。首先,对场效应晶体管太赫兹探测器的工作原理进行了分析,介绍了集成平面天线如何解决耦合太赫兹波效率低的问题。然后,介绍了一些常用的平面天线结构,包括偶极子天线、贴片天线、缝隙天线、grating-gate和其他类型的结构,比较了各种天线的性能以及引入后对太赫兹探测器响应度的影响。通过对比不同天线结构的探测器响应度和噪声等效功率等参数指标,发现:采用平面天线结构之后,场效应晶体管太赫兹探测器的响应度有了大幅度的提升,各种类型的天线对探测器响应度都有不同程度的提升。本文着重介绍了几种集成于场效应晶体管的平面天线结构,包括各种天线的性能和研究进展,最后分析了场效应晶体管太赫兹探测器存在的问题和发展趋势。

平栅极氧化锌场致发射电子源的制备及性能研究

采用传统的光刻技术制备平栅极场致发射阴极阵列,利用水热法原位合成ZnO发射源,并组装成平栅极ZnO场致发射电子源;利用光学显微镜、SEM和XRD表征其微观结构,分析ZnO发射源的生长机制,并结合场发射测试系统研究其发射特性。结果表明,ZnO发射源是平均直径为300nm的六方纤锌矿氧化锌纳米棒,且沉积在平栅极场致发射阴极阵列的阴极电极表面。场发射测试表明,平栅极ZnO场致发射电子源的发射特性完全由栅极控制。当阳极电压为2000V,器件的开启电压为150V;当栅极电压为275V时,发射电流可达345μA;在栅极电压为260V时,器件的发射电流波动范围为±5.5%左右,发光亮度高达750cd/m^2,表明该器件具有较好的场发射特性。

模拟研究常闭和常开工作模式下的平面栅极型碳纳米管场发射电子源

采用数值模拟的方法对比性地研究了常闭和常开工作模式下平面栅极型碳纳米管场发射电子源。静电场的数值计算结果显示:常闭工作模式下该电子源中阴极电极的表面电场分布不均匀,边缘处的高电场易导致其上的碳纳米管烧毁,从而引起场发射电流衰减。为了解决此问题,提出将常开工作模式用于该电子源,并证实常开工作模式能够用于该电子源,并有利于解决电流衰减问题。因此,相对于常闭工作模式,常开工作模式更适合平面栅极型碳纳米管场发射电子源。

平面栅型FED的模拟研究

采用ANSYS有限元分析软件对平面栅型场致发射显示器(FED)的阴极表面电场进行了模拟分析。通过研究栅极宽度、阴栅间隙及阴极宽度对阴极表面电场分布的影响,结果表明平面栅型FED为边缘发射型器件,阴极宽度的改变对阴极表面电场整体影响明显,而阴栅间隙是影响阴极边缘电场分布的主要因素。

平栅型氧化锡表面传导电子发射源的制备及场发射性能研究

利用磁控溅射、光刻和剥离技术在玻璃基底上成功制备了平栅型氧化锡表面传导电子发射源，并测试其场发射性能。扫描电镜和光学显微镜测试表明，沉积在阴极和栅极之间的氧化锡为不连续薄膜，直径大约在100～200nm。场发射测试表明，电子发射源的传导电流和发射电流完全被栅压控制。在阳压和栅压分别为3200V和210V时，阴阳间距为500μm时，平栅型氧化锡表面传导电子发射源的电子发射效率为0．85％，发光亮度为850ed／m2，表明氧化锡薄膜在表面传导电子发射源方面有着较好的应用潜力。

平栅型双层膜的场致发射性能研究

通过在平栅型基板上,分别溅射氧化铋薄膜和氧化锡薄膜,形成阴极场发射阵列,并在阴极和栅极之间加载脉冲电流,使阴栅级之间的薄膜形成裂缝,并进行场致发射性能测试,测试结果表明,平栅型双层膜发射器件的开启电压随阳极电压增加而降低。在阳压为3000 V,隔离子高度为500μm时,平栅型双层膜场发射器件的开启电压为110 V,在栅压为110 V时的发射效率为1%左右,随着栅压的增大,发射效率逐渐减小。该双层膜阴极具有均匀的发射性能、良好的栅控能力以及场发射特性。

平面底栅型真空场发射三极管

真空场发射三极管(VFET)是一种真空微电子器件,采用纳米缝隙真空沟道实现电子的传输,兼具真空管和半导体晶体管的优点。本文介绍了国内外VFET的研究进展,提出了一种平面底栅型VFET结构,对其电子发射特性和栅极调制特性进行研究。结果表明,三极管真空沟道中的电子发射为场致电子发射,栅极具有调制作用。所制备的VFET可在0.1Pa条件下工作,如进一步减小真空沟道尺寸,有望实现大气环境下工作,展现出潜在的发展前景。

无平面结敏感区及其栅控光探测器

研制了在平面结内无敏感区的光探测器,测量结果表明其光电流是显著的。在这种器件的基础上,研制了受栅极控制的无平面结敏感区光探测器,实验测量说明这种器件的光电流输出不仅依赖于受光信号,还受到栅极电压信号的控制。这种输出信号受到光与电信号双重控制的特性,扩大了光探测器件的应用领域。

弧形闸门薄板板架计算的新方法

弧形闸门结构强度高、结构简单、操控方便,在国内外水利工程中得到广泛应用。弧形闸门属于空间板架结构,计算方法采用有限元方法和平面体系结构力学方法。从经典板壳理论着手,分析具有纵横加强的板架强度问题,利用奇异函数精确定位各梁的位置,推导出静力平衡微分方程,提出了弧形闸门的薄板板架计算新方法,并与有限元计算结果和平面计算结果对比,探讨该方法的可行性和计算精度问题。

IGBT阻断能力的优化设计

阻断能力是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的一个重要参数指标,阻断能力的好坏直接影响器件的整体特性。以平面穿通型IGBT为例,对IGBT的场限环终端结构进行了理论分析,通过器件模拟软件对IGBT的阻断特性进行了模拟,并优化了IGBT场限环的宽度、间距及数目,提高了IGBT的阻断能力,为IGBT的设计提供了参考。最终优化的结果,在场限环宽度分别为24μm,21μm,18μm,15μm,场限环间距为3μm,4μm,5μm,6μm,场限环数目为4个时,得到的阻断电压达到1 240V。

600V槽栅IGBT优良性能的机理分析

槽栅结构对功率绝缘栅双极晶体管(insulate gate bipolar transistor,IGBT)的影响主要是n-漂移区的电导调制而不是对沟道电阻的改善,为了论证这一问题,采用仿真工具Sentaurus TCAD,针对600 V的Trench IGBT和Planar IGBT两种结构的阻断特性、导通特性和开关特性等进行仿真分析,重点研究了2种结构在导通态时n-漂移区和沟道区各自所占的通态压降的比例以及n-漂移区内的过剩载流子数量.结果表明:2种结构的沟道区压降所占比例较小且相差很少,槽栅结构的n-漂移区内载流子数量远超平面栅结构,电导调制效果更好,即槽栅结构主要是对n-漂移区的电导调制的改善.同时研究了2种IGBT结构的E_(off)-V_(CE(on))折中曲线,发现槽栅IGBT具有更低的通态压降和关断损耗.

平面栅SiC MOSFET设计研究

碳化硅MOSFETs开关速率快,耐压高,在逆变器应用领域前景广阔。平面栅MOSFETs因其成熟的工艺是最先被商业化的器件。在平面栅MOSFETs的设计中,降低导通电阻和提高芯片的电流密度是重要的开发目标。基于自主研制的1200 V及1700 V SiC MOSFETs,研究了载流子扩展层技术、JFET注入技术以及元胞结构对器件电学特性的影响。测试结果表明采用方形元胞设计的SiC MOSFET的电流明显大于采用条形元胞设计的电流,JFET注入对阈值电压的影响比载流子扩展层技术更小。

中型水闸平面直升钢闸门顶止水改造

随着我国的社会发展,水资源越来越贫乏,尤其是在一些缺水地区节水工作就日益显得重要。作为水利工程管理单位,对于水闸闸门漏水现象应引起一定重视。本文通过对江苏省江都水利工程管理处运盐闸平面直升钢闸门顶止水的改造,结合工程实际情况,从而找出传统闸门顶止水漏水的原因,并进行改造施工,对传统水闸平面钢闸门止水改造具有一定的借鉴作用。

带电子聚焦的氧化锌场发射背光源

液晶显示需要低功耗、均匀度好的光源作为背光源。为了降低功耗,提高显示图像质量,未来的液晶显示需要实现对背光源进行时间与阵列调制。对比现有的液晶显示用背光源,研究制备了氧化锌场发射光源。该光源采用氧化锌纳米针作为场发射阴极,采用平面栅极作为门电极调制结构实现亮度的连续可调,通过带有氧化镁二次电子发射层的金属栅网对电子进行聚焦实现光源的均匀照度。实验结果表明,带电子聚焦的氧化锌场发射光源具有较低的开启场强(1.1V/μm),较小的电压调制区间(小于150V),较高的发光强度(大于1 000cd/m2),且基于电子聚焦结构的设计,实现了光源的均匀稳定照度,可以提高液晶显示的图像质量。带电子聚焦结构的氧化锌场发射光源,既可实现对发光的时间与阵列调制,同时能提高发光的均匀性,将可作为液晶显示的理想背光源。

脉冲功率应用的IGBT快速驱动电路

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性,研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路,实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理,设计了基于平面变压器的驱动电路,在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60V脉冲电压,提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式,提高了集电极电流上升速率。实验结果表明,在1000V的工作电压下,通过IGBT的脉冲电流达到了470.53A,脉冲前沿为40ns,di/dt达到9.41A/ns,相比数据手册提供的数据,该电流上升速度提高了7.53倍,实现了对IGBT的快速驱动。