CN103077868A - 一种场发射阴极的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：先通过电子束蒸发的方法在Si衬底上沉积一层10nm厚的Ni薄层；把盛有Si衬底和高纯金属Ga的钨舟放入管式炉内的石英管中置；把石英管的温度升到某一固定值；再通NH3和Ar的混合气；自然冷却到室温。
Description
技术领域
本发明属于场发射阴极领域，特别涉及一种场发射阴极的制备方法。
背景技术
FED显示器件面临的主要困难除了真空封装等问题外，均来自于阴极制作工艺。控制场发射的均匀性和稳定性、降低驱动电路成本等难点都直接受FED阴极材料和结构的制约。Spindt型器件要求在一个像素点大小范围内制作成百上千的“尖锥加圆孔”阴极阵列。这使光刻工艺和薄膜制备十分复杂，制作成本也非常昂贵。阴极制作工艺的难题也造成了尖锥阵列形状的均匀性较差，器件整体稳定性不理想，导致Spindt型FED的进一步发展非常困难。
金属材料场发射闺值电压较高，容易被氧化而影响发射稳定性；Spindt型Mo金属微尖阵列技术难度高、设备昂贵、工艺复杂；Si场发射微尖阵列是由于制备微尖工艺的复杂性和大面积制作的困难；单晶金刚石薄膜制备难度大、成本高；多晶金刚石、纳米晶金刚石以及类金刚石难获得大面积、均匀性良好的薄膜，而且电子发射点的均匀性及稳定性、可靠性等也存在问题；碳纳米管主要困难在于如何解决电子发射的稳定性和均匀性以及阴极结构的组装等问题。所以近年来，场发射研究工作者们一直致力于寻找一种场发射性能优越的新材料。目前，研究者们的注意力集中在宽带隙半导体材料上。这是因为宽带隙半导体材料具有成为良好的场发射阴极材料的独特性质，而且实验上也不断验证了宽带隙半导体材料确实比金属具有更为优异的场发射特性。
发明内容
本发明提供一种GaN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：
先通过电子束蒸发的方法在Si衬底上沉积一层10nm厚的Ni薄层；
沉积Ni薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；
把盛有Si衬底和高纯金属Ga(99.999％)的钨舟放入管式炉内的石英管中，金属Ga放在钨舟中比较低的位置；
Si衬底放置在气流的下端，和金属Ga的距离为3mm；
随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到2×10-1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；
再通NH3(99.999％)和Ar(99.999％)的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3.5Torr，生长30min；
自然冷却到室温。
附图说明
图1不同条件下制备的GaN样品的SEM图。
图2不同能量激光烧蚀后MWCNT场发射I-V特性。
具体实施方式
本发明提供一种GaN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：先通过电子束蒸发的方法在si衬底上沉积一层10nm厚的Ni薄层；沉积Ni薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；把盛有Si衬底和高纯金属Ga(99.999％)的钨舟放入管式炉内的石英管中，金属Ga放在钨舟中比较低的位置；Si衬底放置在气流的下端，和金属Ga的距离为3mm；随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到2×10-1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；再通NH3(99.999％)和Ar(99.999％)的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3.5Torr，生长30min；自然冷却到室温。
首先利用SEM研究了温度和气体流量对样品形貌的影响。图1给出了在不同温度和不同气体流量下生长了30min的GaN样品的SEM图。
从图1(a-c)可以看出，在较低的温度850℃下，不管NH3/Ar的比例如何，生长出来的GaN样品都没有纳米线存在，而只是由一些颗粒组成。只有在较高的温度950℃下生长出来的才是纳米线(图1d)。当温度为850℃时，随着NH3/A：比例的减小，GaN样品颗粒变的越来越稠密，当NH3/Ar＝1/3时(图1(b))，颗粒的密度适中。我们知道，发射体的密度过大，在场发射过程中，由于屏蔽效应使得发射电流变小，所以在950℃生长纳米线时，NH3/Ar的比例在1/3附近变化，以寻求最佳的生长条件。从图1(d-f)可以看出，随着NH3/Ar比例的减小纳米线的密度增大，而长度和直径没有大的变化。在T＝950℃、NH3/Ar＝1/2.5的条件下生长的GaN纳米线密度比较适中。
图2是在950℃，不同气体流量下生长的GaN纳米线的场发射特性曲线。如果定义电流密度达到10μA/cm2时所需的电场为开启电场，那么从图2(a)J-E曲线可以看出，与图1(d-f)对应的样品的开启电场分别为11V/μm、11V/μm和12.5
V/μm，并且在24V/μm的电场下，对应的电流密度分别为1925μA/cm2、6875μA/cm2和2150μA/cm2。比较后发现：在T＝950℃、NH3/Ar＝1/2.5时生长的纳米线的发射电流密度最大。这是因为在950℃、NH3/Ar比例不同时生长的纳米线的长度和直径差别不大，场增强因子β(＝h/r，h为发射体高度，r为发射体曲率半径)没有大的变化，而在T＝950℃、NH3/Ar＝1/2.5的条件下生长的InGaN纳米线的密度适中，既具有比较大的发射点密度，也没有屏蔽效应产生，所以发射电流密度最大。在T＝950℃、NH3/Ar＝1/2和T＝950℃、NH3/Ar＝1/3时，分别由于发射点密度较小和场屏蔽效应的原因，使得发射电流受到限制。
从图2(b)可以看出，相应的F-N曲线都近似为一条直线，说明纳米线的电子发射形式为场电子发射。而且可以看出三条直线的斜率基本相同，这是因为纳米线的直径和长度基本没有变化，所以场增强因子p就基本相同。
Claims (1)
1.一种GaN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：
先通过电子束蒸发的方法在si衬底上沉积一层10nm厚的Ni薄层；
沉积Ni薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；
把盛有Si衬底和高纯金属Ga(99.999％)的钨舟放入管式炉内的石英管中，金属Ga放在钨舟中比较低的位置；
Si衬底放置在气流的下端，和金属Ga的距离为3mm；
随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到2×10-1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；
再通NH3(99.999％)和Ar(99.999％)的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3.5Torr，生长30min；
自然冷却到室温。
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| CN201210595734XA CN103077868A (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种场发射阴极的处理方法 |
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Publications (1)
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| CN103077868A true CN103077868A (zh) | 2013-05-01 |
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| CN201210595734XA Pending CN103077868A (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种场发射阴极的处理方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN103077868A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109596896A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-09 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 场增强因子提取方法、装置、系统以及存储介质 |
-
2012
- 2012-12-17 CN CN201210595734XA patent/CN103077868A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109596896A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-09 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 场增强因子提取方法、装置、系统以及存储介质 |
| CN109596896B (zh) * | 2018-10-25 | 2020-12-08 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 场增强因子提取方法、装置、系统以及存储介质 |
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130501 |