尖锥场发射阵列阴极的稳流技术研究

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1、RESEARCHONCONEFIELDEMISSIONARRAYCATHODETECHNOLOGYOFCURRENTSTABILIZATIONAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:OpticalEngineeringAuthor:ZhengleiSupervisor:AssociateProfQiKangchengSchool:SchoolofOptoelectronicScienceandEnginee

2、ringofUESTC摘要摘要场发射阵列阴极具备工作温度范围宽、响应快、功耗低和电流抽取密度大等优点，在显示器和微波器件等诸多领域有着广阔的应用前景，一直是国内外研究的热点。由于制备工艺的限制，每一个发射尖锥的曲率半径和高度很难完全一致。不同形貌的尖锥在发射性能上存在较大差异，在阴极工作时，部分尖锥的发射能力强，容易造成发射过载，使得尖锥损毁，导致整个场发射阵列被破坏，严重限制了场发射阵列阴极的应用。为提高场发射阵列阴极的稳定性，本文做了如下工作：1、利用电阻分压特性，进行了电阻稳流层结构设计。计算出稳流层的大致厚度与电阻率需求，采

3、用非晶硅薄膜作为稳流层。2、通过COMSOL模拟了带稳流层结构阴极的热应力分布，获得稳流层厚度与尖锥热应力分布关系及最佳稳流层厚度参数。3、研究了不同制备参数和后处理参数对稳流层电学性能的影响。采用电子束蒸发法制备非晶硅薄膜，研究了不同蒸发功率和基底温度对非晶硅稳流层电阻率的影响；研究了不同退火温度和退火时间对非晶硅稳流层电阻率的影响。并结合软件模拟结果，得出最佳制备参数。4、研究了Spindt型场发射阵列阴极的制备工艺。利用电子束蒸发法制备带稳流层结构的Spindt型阴极，研究了其中关键的制备工艺及不同制备参数对尖锥形貌的影响。最

4、终制备出形貌性能俱佳的Spindt型阵列阴极。5、进行了场发射阵列阴极的性能测试。设计、搭建测试电路，并对制备出的场发射阵列阴极进行发射性能测试和稳流效果分析。带稳流层结构阴极的开启电压为112V，阈值电压为148V，连续工作160h后，阴极的发射电流有所下降，但依然能正常工作。关键词：场致发射，稳流层，电子束蒸发，COMSOL，热应力IABSTRACTABSTRACTFieldemissionarraycathodeshavetheadvantagesofwideoperatingtemperaturerange,fastresp

5、onse,lowpowerconsumptionandhighcurrentextractiondensity.Theyhavebroadapplicationprospectsinmanyfieldssuchasdisplaysandmicrowavedevices,andhavealwaysbeenaresearchhotspotathomeandabroad.Duetothelimitationsofthepreparationprocess,theradiusofcurvatureandtheheightofeachemis

6、siontiparehardlyexactlythesame.Therearelargedifferencesintheemissionperformanceofthetipconesofdifferentshapes.Whenthecathodeisworking,sometipconeshavestrongemissioncapability,whicheasilycausesemissionoverload,whichcausesthesharpconestobedamaged,resultinginthedestructio

7、noftheentirefieldemissionarrayandseverelylimitingthefieldemissionarraycathodeapplications.Inordertoimprovethestabilityofthefieldemissionarraycathode,thispaperhasdonethefollowingwork:1.Theuseofresistivevoltagedividercharacteristicsoftheresistanceflowlayerstructuredesign

8、.Calculatethegeneralthicknessandresistivityrequirementsofthesteadyflowlayeranduseanamorphoussiliconfilmasthestabilizi