ⅲ族氮化物半导体薄膜场发射性能研究

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1、援要摘要嚣蓊，llI羧氮纯物半导体光电特整鹿角上轿究上不断取褥了令人振奋的突破。而III族氮化物半导体场发射研究作为其光电特性的蓐要研究方向，引起了人们广泛关注。本}仑文琴绞分爨了曩藏场发瓣的骚究瑗状、发髅历变及应用翦景，结合目前场发射研究所遭遇的困境。从理论与实验两方面研究了III族氮化物半导体薄膜具肖优异场发射特性的物壤实质，也裁如何遴一步改善其场发射性能提出了可能方法及思路。最后，基于自己对III族氮化物半导体薄膜场发射系统研究、分卡斤与感悟，阐述了将来半导体薄膜场发射研究的可能发展方向。本论文的主簧工作如下：1．建立一用于研

2、究宽带隙半导体薄膜场发射实质的能带弯曲理论模型。以lII族氮化物半譬傣e—BN{筝为铡，骚究了宠豢陈半导体矮有场发麓优异场发射实质，结果表明，对于宽带隙半导体优异的场发射特性，应该归功于外加电场导致鲍强能带弯曲及其NEA款共阕{乍最，强憩带毒錾提供发射电子滚，而NEA使电子易于逸出表面势垒。修正了以前认为的宽带隙半导体的NEA特性是导致其优异场发射性熊的主要因素的半导体场发射理论。此理论模型也取褥了与实验一致豹结桑。2基于能带理论建立起了纳米晶半导体场发射模型。应用纳米半导体场发射模型，分剐理论缝磅究了lll族氮纯魏半导体中豹e—B

3、N半导簿薄膜场发射纳米增强效应及纳米Al。Gal一xN复合膜的热场发射特性，研究结粜表明：小纳米晶粒半导体薄膜具鸯受为伐羚场发瓣特性；褒不考懋绩米足鹰场理强，蘑嚣下，半导体纳米场发射增强效应可能源于其NEA增强及带隙宽化后导致的强带驾蝗；纳米Al。GaI-xN复合膜同样具有纳米场增强效应；续米场煺强效应大小电是与场发射体温度与合金成分指数密切相关的。3．研究了工艺参数对不问相结构BN薄膜沉积的重要作用，发现基底温度及基底镳压在沉较蠢立方穰结稳BN薄膜中起着关键{笨蠲，其它工艺参数，如工作气压、沉积时间、气体浓度及采用缓冲层爵在生长离

4、质量BN薄膜的作用也是不可忽略熬，毽怒其主要辕助撼裹及遴一步改善壤量；邋遘改交王艺参数，能基本控制BN相结构含量，同时也制备出立方相含量高达90％、粘附性良好的高质量19m以上的BN厚黢；4．通过研究不溺相结构BN薄膜场发射性能，发现高立方相BN薄膜具有更为优异的场发射性能，除了不同相结构BN薄膜表面形貌引起的场增强外，场发=鸯童增强雯主要熬琢函可能在于不同褶结构薄貘德含方式不嗣丽导致电子积累及表面势垒的异同，一般而言，sp3键合材料的场发射性能可能爰优于北家工业大举工学媾士学位论文s1)2键合方式。5。舅!蠲反皮磁控溅瓣系绫铡备密

5、了离取舞豢浚晶剐N薄貘，研究了萁取良枫制，发现气压导缴形核能及形核密度的改变可能是不同取向生长的关键因裳。进一步硬究了不霹溅瓣参数对于A1N薄貘取舞生长懿影响，发现溅瓣功率密度、基底温度及基威材质也是影响取向生长的重要潮素。6．蓠次研究了取向半导体薄膜场发射机制。通过对不同取向的A1N薄膜场发射试验，发现单一敬向的A1N薄膜其有较好场发射性能，两非单一取向薄膜在试验中没有测到场发射电流，这可能意味商取向对于薄膜场发射的作用怒非常关键静。壹E#I-逐研究了不露厚发豹取淹AIN薄膜豹场发射往能，发现较薄A。N膜将利于场电子发射。关键词场

6、发射；III族氮化物半导体；氮化硼；氮化铝；带弯曲；纳米场增强H摘要AbstractsIlInitridesemiconductorsarecurrentlyexperiencingthemostexcitingphotoelectriccharacteristicsdevelopment．Asanimportantphotoelectricexposure，fieldemissionpropertiesofIIInitridesemiconductorshaveattractedwidelyinterestingnessofres

7、earchers．Inthisthesis，consideringthepresentembarrassmentoffieldemissiondevelopment，itanalyzebythenumbersthestatus，historyandprospectoffieldemissionfromsemiconductors．Then．thephysicalsubstanceofexcellentfieldemissionperformancesofllInitridesemiconductorswereinvestigated

8、boththeoreticallyandexperimentally,tomoreimprovethefieldemissioncapabilityofsemiconductors，itisalsosuppliedsomepossib