镍硅颗粒膜的表面传导电子发射特性

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安工业大学,光电工程学院 作者:梁海锋

  本文提出采用镍硅颗粒薄膜作为表面传导电子发射显示的发射体材料,通过光刻和磁控溅射在两电极(10 μm 间隙)之间制备30 nm 厚的镍硅颗粒膜。施加三角波电压进行电形成工艺,并测试了器件的电学特性。获得主要结果有,在器件阳极电压2000 V 和器件阴极电压13 V 的作用下,可以重复探测到稳定的器件发射电流,并且随器件阴极电压的增加而明显增加,最大的发射电流达到了1.84 μA(共18个单元);电形成过程中,单个发射体单元的薄膜电阻从13 Ω 增加到10913 Ω;通过对器件发射电流的Fowler - Nordheim 结分析,可以确定电子发射机理属于场致电子发射。

  显示技术发展已经进入了平板显示的时代,目前主流的平板显示技术主要有液晶显示、等离子体显示、有机电致发光显示、电致发光显示、场发射显示等,其中场发射显示具有和CRT 类似的显示性能。早期发展的微尖型和碳纳米管型场发射显示器件存在诸多问题,至今没有商业化生产,主要问题在于场发射体的均匀性和寿命以及器件所需的较高真空度。后来发展的可印刷场发射显示和表面传导电子发射显示(SED)可以有克服发射均匀性和寿命的问题,被认为是最具有前景的场发射显示技术。表面电子发射的提出最早可以追溯到1965 年;随后M. Hartwell 等人利用氧化铟锡薄膜制作了发射体,并且观察到强烈的表面电子发射;对金属和半导体岛状薄膜的研究表明其也具有表面电子发射的能力;佳能公司应用氧化钯作为表面电子发射材料,成功制作表面传导电子发射显示器件。

  作者认为,目前表面传导电子发射显示器件的发展,核心问题在于阴极电子发射材料的深入研究开发,目的在于提高阴极发射材料的各项性能;但是目前关于表面传导电子发射显示阴极发射材料的研究报道较少,仅仅佳能一家。本文报道了一种金属- 半导体颗粒薄膜,用作SED 的电子发射体材料,研究了颗粒膜的电形成工艺和电子发射特性。颗粒膜是一种微粒镶嵌在另外一种材料网状结构中而形成的复合体。一般有几种常见的形式:金属- 半导颗粒膜、金属- 介质颗粒膜、金属- 金属颗粒膜、半导体- 介质颗粒膜等。颗粒膜可以表现出不同于单一材料的性能,并且材料的可控性强。期望通过对颗粒膜的工艺研究,制备出适合SED表面电子发射需要的颗粒膜种类。

3、结论

  本文采用镍硅颗粒膜作为SED 发射阴极材料,制作了发射阵列;在三角波电压的作用下颗粒膜的结构发生变化,并观测到明显的发射电流。主要的结论有:颗粒膜的电阻在器件电压的作用下明显增加,一个单元的电阻从开始的13 Ω 到电形成后的10.9 kΩ,原因是因为颗粒膜中镍导电网络遭到破坏;在器件阴极电压的作用下,可以观测到明显的发射电流,发射电流随器件阴极电压的增加呈指数增加,发射电流的来源于阳极电场捕获的散射的电子;FN 结的分析表明器件发射电流的机理属于场发射。

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