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碳钛颗粒膜的表面电子发射特性研究

作　者: 任雯
导　师: 蔡长龙; 梁海锋
学　校: 西安工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 表面传导电子发射显示 碳钛颗粒膜 电子发射特性 纳米缝隙
分类号: TN141
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 30次
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内容摘要


表面传导电子发射显示器(Surface-conduction Electron-emitter Display,简称SED)较传统的平板显示器具有很多的优势。它是属于场致发射显示器件(FED)的一种,采用平面制作工艺,克服了传统FED所存在的均匀性和稳定性；成本要比LCD和PDP低,且具有CRT的高画质优点,所以吸引了更多的学者研究及开发商的兴趣。本论文使用磁控溅射方法制作碳钛颗粒膜作为SED的电子发射材料,研究表面电子发射特性。主要内容包括三方面：碳钛颗粒膜工艺研究；原型器件制备；原型器件进行电子发射性能研究以及表面电子发射机理分析。经过反复试验,优化各个工艺参数,以及器件的电子发射性能,得出以下结果：①研究改变磁控溅射靶基距、靶材中碳钛成分比例、工作气压对碳钛颗粒膜特性的影响。实验结果表明,在靶基距为40mm时薄膜均匀性最佳,达到了90%；薄膜随靶材中钛比例的增加沉积速率增加；随着工作气压的增大,沉积速率出现峰值,峰值沉积速率达到2.02nm/s；另外靶材中较高的钛含量,明显导致颗粒膜电阻率下降。②使用SEM、EDS和XPS对颗粒膜的形貌、元素成分以及键合结构进行表征。结果表明薄膜表面光滑平整；在靶材C：Ti比为1：3,靶基距40mm,测量颗粒膜中Ti和C成分比在105左右；XPS结果表明所沉积的颗粒膜,其主要成分含有Ti和C。其中C元素部分形成C-C键,部分形成Ti-C键；Ti元素部分和C键合,部分以单质的形式存在薄膜中。③研究了原型器件的图形化工艺,优化了光刻的工艺参数。结果表明甩胶低速时间和速度为15s和1000r/min,高速时间和速度为50s和3000/min时,光刻胶均匀性较好；前烘时间和温度分别为10min和105℃,光刻曝光时间为60s,显影时间为34s,后烘时间和温度为15min和105℃的条件下,能够形成边缘清晰且没有杂质的图形。④研究不同碳钛比例和不同器件结构对电子发射的影响,经过电形成得到了所必须的纳米级缝隙结构,探测到稳定发射电流。试验结果发现在靶材碳钛比例为3：1时,探测到最大发射电流为7.6gA,发射效率达到1‰；在电极间距宽度为100μm,发射材料最窄宽度为5μm时,发射体材料更容易出现纳米缝隙,更易产生稳定的发射电流。⑤结合场发射的F-N理论,可以获得线性的曲线,表明电子发射是由场发射产生的。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 SED基本结构及工作原理  9-11
  1.2 SED平板显示器的发展  11-17
    1.2.1 阴极材料电子发射性能  11-12
    1.2.2 表面电子发射膜的制备方法  12-13
    1.2.3 纳米缝隙形成方法  13-15
    1.2.4 电子发射机理  15-17
  1.3 SED目前存在的问题  17
  1.4 主要研究内容  17-18
2 碳钛颗粒膜的制备以及特性研究  18-29
  2.1 工艺参数对碳钛颗粒膜特性的影响  18-24
    2.1.1 碳钛颗粒膜厚度及电阻率均匀性  20-22
    2.1.2 工艺参数对碳钛颗粒膜特性的影响研究  22-24
  2.2 碳钛颗粒膜表征  24-28
    2.2.1 碳钛颗粒膜形貌表征  24-25
    2.2.2 碳钛颗粒膜成分表征  25-26
    2.2.3 碳钛颗粒膜结构表征  26-28
  2.3 本章小结  28-29
3 基于碳钛颗粒膜的SED原型器件制作  29-34
  3.1 电极的制备  29-33
    3.1.1 电极图形化工艺研究  29-33
    3.1.2 电极的制备  33
  3.2 原型器件制作  33
  3.3 本章小结  33-34
4 基于碳钛颗粒膜器件的电子发射特性  34-54
  4.1 原型器件测试  34-36
    4.1.1 测试设备  34-35
    4.1.2 电形成过程  35-36
  4.2 不同碳钛比的发射薄膜对电子发射特性的影响研究  36-43
    4.2.1 不同碳钛比例颗粒膜的电子发射测试结果分析  36-41
    4.2.2 不同碳钛比例对电子发射特性影响的结果分析  41-43
  4.3 不同器件结构对电子发射特性的影响研究  43-52
    4.3.1 不同电极结构和发射薄膜形状对电子发射特性的影响结果  44-50
    4.3.2 不同电极结构和发射薄膜形状对电子发射特性的影响结果分析  50-52
  4.4 电子发射机理分析  52-53
  4.5 本章小结  53-54
5 结论  54-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表的论文  58-59
致谢  59-61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 真空电子技术 > 电子束器件、X射线管、阴极射线管 > 显示器件
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