一種場(chǎng)發(fā)射陰極的處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種GaN納米線場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，包括：先通過電子束蒸發(fā)的方法在Si襯底上沉積一層10nm厚的Ni薄層；把盛有Si襯底和高純金屬Ga的鎢舟放入管式爐內(nèi)的石英管中置；把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3和Ar的混合氣；自然冷卻到室溫。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于場(chǎng)發(fā)射陰極領(lǐng)域，特別涉及一種場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法。
技術(shù)介紹
FED顯示器件面臨的主要困難除了真空封裝等問題外，均來自于陰極制作工藝?？刂茍?chǎng)發(fā)射的均勻性和穩(wěn)定性、降低驅(qū)動(dòng)電路成本等難點(diǎn)都直接受FED陰極材料和結(jié)構(gòu)的制約。Spindt型器件要求在一個(gè)像素點(diǎn)大小范圍內(nèi)制作成百上千的“尖錐加圓孔”陰極陣列。這使光刻工藝和薄膜制備十分復(fù)雜，制作成本也非常昂貴。陰極制作工藝的難題也造成了尖錐陣列形狀的均勻性較差，器件整體穩(wěn)定性不理想，導(dǎo)致Spindt型FED的進(jìn)一步發(fā)展非常困難。金屬材料場(chǎng)發(fā)射閨值電壓較高,容易被氧化而影響發(fā)射穩(wěn)定性；Spindt型Mo金屬微尖陣列技術(shù)難度高、設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜；Si場(chǎng)發(fā)射微尖陣列是由于制備微尖工藝的復(fù)雜性和大面積制作的困難；單晶金剛石薄膜制備難度大、成本高；多晶金剛石、納米晶金剛石以及類金剛石難獲得大面積、均勻性良好的薄膜，而且電子發(fā)射點(diǎn)的均勻性及穩(wěn)定性、可靠性等也存在問題；碳納米管主要困難在于如何解決電子發(fā)射的穩(wěn)定性和均勻性以及陰極結(jié)構(gòu)的組裝等問題。所以近年來，場(chǎng)發(fā)射研究工作者們一直致力于尋找一種場(chǎng)發(fā)射性能優(yōu)越的新材料。目前，研究者們的注意力集中在寬帶隙半導(dǎo)體材料上。這是因?yàn)閷拵栋雽?dǎo)體材料具有成為良好的場(chǎng)發(fā)射陰極材料的獨(dú)特性質(zhì)，而且實(shí)驗(yàn)上也不斷驗(yàn)證了寬帶隙半導(dǎo)體材料確實(shí)比金屬具有更為優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射特性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種GaN納米線場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，包括:先通過電子束蒸發(fā)的方法在Si襯底上沉積一層IOnm厚的Ni薄層；沉積Ni薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經(jīng)過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga(99.999% )的鎢舟放入管式爐內(nèi)的石英管中，金屬Ga放在鎢舟中比較低的位置；Si襯底放置在氣流的下端，和金屬Ga的距離為3mm ；隨后，用機(jī)械泵對(duì)石英管抽氣，當(dāng)石英管中的真空度達(dá)到2 X IO-1Torr時(shí)，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3(99.999% )和Ar (99.999% )的混合氣體，使?fàn)t內(nèi)的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr,生長30min ；自然冷卻到室溫。附圖說明圖1不同條件下制備的GaN樣品的SEM圖。圖2不同能量激光燒蝕后MWCNT場(chǎng)發(fā)射1-V特性。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)提供一種GaN納米線場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，包括:先通過電子束蒸發(fā)的方法在Si襯底上沉積一層IOnm厚的Ni薄層；沉積Ni薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經(jīng)過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga(99.999% )的鎢舟放入管式爐內(nèi)的石英管中，金屬Ga放在鎢舟中比較低的位置；Si襯底放置在氣流的下端，和金屬Ga的距離為3mm;隨后，用機(jī)械泵對(duì)石英管抽氣，當(dāng)石英管中的真空度達(dá)到2X IO-1Torr時(shí)，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3(99.999% )和Ar(99.999% )的混合氣體，使?fàn)t內(nèi)的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr,生長30min ；自然冷卻到室溫。首先利用SEM研究了溫度和氣體流量對(duì)樣品形貌的影響。圖1給出了在不同溫度和不同氣體流量下生長了 30min的GaN樣品的SEM圖。從圖l(a-c)可以看出，在較低的溫度850°C下，不管NH3/Ar的比例如何，生長出來的GaN樣品都沒有納米線存在，而只是由一些顆粒組成。只有在較高的溫度950°C下生長出來的才是納米線(圖1d)。當(dāng)溫度為850°C時(shí)，隨著NH3/A:比例的減小，GaN樣品顆粒變的越來越稠密，當(dāng)NH3/Ar = 1/3時(shí)(圖1 (b))，顆粒的密度適中。我們知道，發(fā)射體的密度過大，在場(chǎng)發(fā)射過程中，由于屏蔽效應(yīng)使得發(fā)射電流變小，所以在950°C生長納米線時(shí)，NH3/Ar的比例在1/3附近變化，以尋求最佳的生長條件。從圖l(d-f)可以看出，隨著NH3/Ar比例的減小納米線的密度增大，而長度和直徑?jīng)]有大的變化。在T = 950°C、NH3/Ar = 1/2.5的條件下生長的GaN納米線密度比較適中。圖2是在950°C，不同氣體流量下生長的GaN納米線的場(chǎng)發(fā)射特性曲線。如果定義電流密度達(dá)到IOii A/cm2時(shí)所需的電場(chǎng)為開啟電場(chǎng)，那么從圖2(a) J-E曲線可以看出，與圖l(d-f)對(duì)應(yīng)的樣品的開啟電場(chǎng)分別為llV/iim、llV/iim和12.5V/iim，并且在24V/iim的電場(chǎng)下，對(duì)應(yīng)的電流密度分別為1925 y A/cm2、6875 y A/cm2和2150iiA/cm2。比較后發(fā)現(xiàn):在T = 950°C、NH3/Ar = 1/2.5時(shí)生長的納米線的發(fā)射電流密度最大。這是因?yàn)樵?50°C、NH3/Ar比例不同時(shí)生長的納米線的長度和直徑差別不大，場(chǎng)增強(qiáng)因子P ( = h/r, h為發(fā)射體高度，r為發(fā)射體曲率半徑)沒有大的變化,而在T=950°C、NH3/Ar = 1/2.5的條件下生長的InGaN納米線的密度適中，既具有比較大的發(fā)射點(diǎn)密度，也沒有屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生，所以發(fā)射電流密度最大。在T = 950°C, NH3/Ar = 1/2和T=950°C, NH3/Ar = 1/3時(shí)，分別由于發(fā)射點(diǎn)密度較小和場(chǎng)屏蔽效應(yīng)的原因，使得發(fā)射電流受到限制。從圖2(b)可以看出，相應(yīng)的F-N曲線都近似為一條直線，說明納米線的電子發(fā)射形式為場(chǎng)電子發(fā)射。而且可以看出三條直線的斜率基本相同，這是因?yàn)榧{米線的直徑和長度基本沒有變化，所以場(chǎng)增強(qiáng)因子P就基本相同。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種GaN納米線場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，包括：先通過電子束蒸發(fā)的方法在si襯底上沉積一層10nm厚的Ni薄層；沉積Ni薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經(jīng)過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga(99.999％)的鎢舟放入管式爐內(nèi)的石英管中，金屬Ga放在鎢舟中比較低的位置；Si襯底放置在氣流的下端，和金屬Ga的距離為3mm；隨后，用機(jī)械泵對(duì)石英管抽氣，當(dāng)石英管中的真空度達(dá)到2×10?1Torr時(shí)，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3(99.999％)和Ar(99.999％)的混合氣體，使?fàn)t內(nèi)的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr，生長30min；自然冷卻到室溫。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種GaN納米線場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，包括: 先通過電子束蒸發(fā)的方法在Si襯底上沉積一層IOnm厚的Ni薄層； 沉積Ni薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經(jīng)過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga (99.999 % )的鎢舟放入管式爐內(nèi)的石英管中，金屬Ga放在鎢舟中比較低的位置； Si襯底放置在氣流的下端，和金...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：紀(jì)成友，劉志龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：青島紅星化工廠，
類型：發(fā)明
國別省市：