發(fā)布時間：2018-01-12 20:25

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合尖錐場發(fā)射陣列研究　出處：《電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：Spindt型場發(fā)射陣列具有可在室溫下工作、啟動速度快、穩(wěn)定性強、低功耗和發(fā)射電流密度高等優(yōu)點,在平板顯示器、行波管和傳感器等許多領(lǐng)域都有著重要地位,一直是國內(nèi)外研究的熱點。目前常見的Spindt型尖錐場發(fā)射材料有鉬(Mo)和硅(Si)等,但這些材料都存在逸出功較高及易損壞等問題。六硼化鑭(LaB6)具有低逸出功、耐高溫與性質(zhì)穩(wěn)定等特點,是一種優(yōu)良的場發(fā)射材料,但與硅襯底的附著力不足。另外,由于鍍膜存在不均勻性,陣列中尖錐的形狀各不相同,場發(fā)射電流可能存在很大差異,部分尖錐的發(fā)射電流過大時容易產(chǎn)生打火現(xiàn)象,這將損毀尖錐并造成柵陰的短路,甚至導(dǎo)致陣列失效。論文的主要研究內(nèi)容包括:1、在傳統(tǒng)Spindt型場發(fā)射陣列的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人的工作,設(shè)計出一種復(fù)合尖錐結(jié)構(gòu),先沉積Mo過渡臺階,再在臺階上制備LaB6尖端,將兩種材料的特性結(jié)合起來,降低逸出功的同時增大了尖錐的附著力。另外在尖錐底部加入了一層硅電阻層,電阻層起到分壓作用,可以使不同尖錐的電流發(fā)射更加均勻,減少異常發(fā)射和打火現(xiàn)象,還能起到過流保護的作用,提高場發(fā)射陣列的工作穩(wěn)定性。2、通過氧化、光刻和離子刻蝕等方法,在單晶硅基片上制作出直徑和高度各1μm、間距5μm、總面積1×1mm2的柵孔陣列;再采用蒸發(fā)鍍膜技術(shù),依次沉積硅電阻層、鋁犧牲層、Mo過渡臺階和LaB6尖端;使用稀磷酸水浴法將犧牲層剝離后,即得到復(fù)合尖錐場發(fā)射陣列。3、在場發(fā)射陣列的制備過程中仍存在一些問題,如柵極和薄膜的開裂、尖錐的脫落、材料氧化和表面毛刺等,本文針對這些現(xiàn)象進行了一系列后處理,包括退火、燒氫和老煉工藝等,結(jié)果表明這些工藝能夠解決相應(yīng)問題,增強了陣列的場發(fā)射性能。4、搭建電路,設(shè)計基片支架,對所得陣列進行了場發(fā)射性能測試和穩(wěn)定性測試,在180V的柵極電壓下,器件的最高發(fā)射電流超過8mA,電流密度達0.8A/cm2,發(fā)射也較為穩(wěn)定,論證了本課題工藝的可行性。
[Abstract]:The Spindt field emission array has the advantages of high starting speed, high stability, low power consumption and high emission current density, which can work at room temperature. Traveling wave tube (TWT) and sensor are very important in many fields, and they have been the research hotspot at home and abroad. At present, the common materials of Spindt type conical field emission are molybdenum (Mo) and SiSi (Si) and so on. However, these materials have the problems of high escape power and easy damage. Lanthanum hexaboride LaB6) is an excellent field emission material with the characteristics of low escape power, high temperature resistance and stable properties. But the adhesion to silicon substrate is not enough. In addition, due to the inhomogeneity of the coating, the shape of the tip cone in the array is different, and the field emission current may be very different. When the emission current of some cone is too large, it is easy to produce fire phenomenon, which will damage the tip and cause the short circuit of the grid negative, even lead to the array failure. The main research contents of this paper include: 1. On the basis of the traditional Spindt field emission array and combined with the previous work, a composite conical structure was designed, which deposited Mo transition step first, and then prepared the LaB6 tip on the step. The characteristics of the two materials are combined to reduce the escape power and increase the adhesion of the tip cone. In addition, a layer of silicon resistance layer is added to the bottom of the tip cone, which plays a role of partial voltage. It can make the current emission of different cone more uniform, reduce the abnormal emission and fire phenomenon, also can play the role of over-current protection, improve the stability of the field emission array. 2, through oxidation. By photolithography and ion etching, a gate hole array with a diameter and a height of 1 渭 m ~ 2, a distance of 5 渭 m ~ 2 and a total area of 1 脳 1 mm ~ 2 was fabricated on the monocrystalline silicon substrate. Then the silicon resistance layer, the aluminum sacrificial layer, the transition step and the LaB6 tip were deposited by evaporative coating technology. After the sacrificial layer is stripped by dilute phosphoric acid bath, the composite cone field emission array. 3. There are still some problems in the fabrication of the field emission array, such as the crack of the gate and film, and the shedding of the tip cone. In this paper, a series of post-treatment, such as annealing, hydrogen burning and aging process, have been carried out to deal with these phenomena. The results show that these processes can solve the corresponding problems. The field emission performance of the array is enhanced by .4. the circuit is built, the substrate bracket is designed, and the field emission performance and stability of the array are tested under the grid voltage of 180V. The maximum emission current is more than 8 Ma, the current density is 0.8 A / cm ~ 2, and the emission is relatively stable. The feasibility of this process is demonstrated.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN304

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