锥形与金字塔形场发射尖端电学特性分析.pdf

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1、第43卷第7期红外与激光工程2014年7月Vo1．43NO．7InfraredandL,aserEn~ineerinJu1．2014SimulationstudiesonelectricalcharacteristicsofconicalandpyramidalfieldemittersFuJianyul_，ChenDapeng，WangGuoyin，WuDi(1．ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology，ChineseAcademyofSciences，Chongqing401122，China；2．Integrat

2、edCircuitAdvancedProcessCenter．，InstituteofMicroelectronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100029，China)Abstract：Conicalandpyramidalemittersaretwogenericfield—emitterstructures．Duetospecificadvantagesoffieldemission，bothemittersarewidelyemployedtoproduceelectronbeams．Themainfocusofthispape

3、ristoanalyzetheelectricalcharacteristicsofbothemitters，andfurther，tohighlightthekeycriteriainoptimizingthestructures．Forthispurpose，three-dimensionalmodelswereimplementedandfinite—elementanalysiswasusedtoinvestigatetheinfluencesofemittergeometries，includingshapeofemitter，emitterradiusofcurv

4、ature，emitter．anodedistanceandemitterheight，onitselecltricfielddistributionandstrength．Theresultsindicatethatreducingtipradiusofcurvatureandshortingtheemitter．anodedistanceareeffectivewaystoincreasethefieldstrengthenhancement，whileaproperratiooftheemitterheighttotheemitter．．anodedistanceiSa

5、lsoanimportantfactor．Inaddition，inconsiderationofbothelectricfielddistributionandstrength，theconicalemitterissuitableforhigh—resolution，largecurrent．-densityapplications，whereasthepyramidalemitterhasbetterpressuresensitivity．Keywords：fieldemission；simulation；vacuumelectricdevicesCLCnumber：O

6、462．4Documentcode：AArticleID：1007—2276(20l4)O7—2277—06锥形与金字塔形场发射，!、．=‘皇Ⅱ日电学特性分析傅剑宇1,2，陈大鹏，王国胤，吴迪(1．中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆401122；2．中国科学院微电子研究所先导工艺研发中心，北京100029)摘要：场致电子发射具有高效、响应快等优点，有着广泛的应用前景。锥形和金字塔形尖端是两种常见的场发射尖端结构。主要分析了这两种尖端结构的场发射电学特性，并在此基础上提出了进一步实现结构优化的途径。为此，建立了两种尖端的三维模型，并利用有限元法深入讨论了结构尺寸，包括尖端曲

7、率半径、尖端与阳极间距以及尖端高度对电场分布以及电场强度的影响。结果表明，减小尖端曲率半径、缩短尖端与阳极间距、以及选择适当的锥体高度是优化尖端场致电子发射性能的三个重要途径。在综合考虑电场分布以及电场强度的情况下，可以发现锥形尖端更有利于产生高密度小束径的低能电子束，而金字塔形尖端则更适用于高压力灵敏度的应用需求。关键词：场发射；仿真；真空电子器件收稿日期：2013—1l一14：修订日期：2013—12-19基金项目：重庆市科技攻关计划(CSTC20llGGC40008)；中国科学院西部之光人才项目作