平板显示技术场致发射剖析教学教材.ppt

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1、平板显示技术场致发射剖析8.1场致发射显示器概述场致发射显示器件(FieldEmissionDisplay，FED)是显示与真空微电子相结合的产物，是发光原理最接近CRT的一种新兴平板显示器件，也是当今世界庞大的显示技术产业产品更新换代的重要候选之一。真空微电于的概念最早出现在20世纪60年代初，将真空电子器件的尺寸做到微米级，与当时的半导体器件相当，并具备真空器件的独特优势，也可以实现器件的集成。这类器件只能用微型场发射冷阴极，因此真空微电子技术是和场发射紧密相连共同发展的。场致发射显示是现今正在研发的平板显示模式中的

2、一种，是真空微场电子在显示领域的应用。2场致发射显示可利用冷阴极电子源替代传统CRT中的热电子源，压缩庞大的电子枪空间；采用交叉矩阵寻址替代CRT电子束扫描寻址，节省电子束偏转空间。由于发光机制相同，因此场致发射显示既可以保留CRT优异的显示性能，又顺应了显示技术向着平板化方向发展的趋势；由于场致发射平板显示器与CRT同属于真空电子器件，许多器件制作工艺技术和原理是相同的，CRT产业可以为场致发射平板显示器未来产业发展提供一个完善的技术平台。1991年法国LETICHENG公司在第四届国际真空微电子会议上展出一款运用场发

3、射电极技术制成的显示器成品，并吸引Candescent、Pixtech、Micron、Ricoh、Motorola、Samsung、Philips等公司投入，也使得FED加入众多平面显示器技术的行列。3场致发射显示是近些年各大显示厂商、科研院所研究的重点，20世纪90年代初，开展了“薄膜型”冷阴极电子源的研制，以期能够获得易于实现大面积制备冷阴极的技术。美国的摩托罗拉和惠普公司、荷兰的飞利浦公司、韩国的三星公司、日本的日立和松下公司；美国的贝尔实验室、美国Argonne国家实验室、英国卢瑟福国家实验室；英国的剑桥大学、美

4、国的麻省理工学院和加州大学戴维斯分校、法国的里昂大学等都有专门的研究组进行攻关。在中国，也有中山大学、东南大学、长春光机物理所、中科院上海微系统所、西安交通大学、清华大学、北京大学、福州大学等多家院校和研究机构投入该领域的研究。4FED显示器特点FED本质上是由许多微型CRT组成的平板显示器，其具备下列优点：（1）冷阴极发射。（2）低工作电压。（3）自发光和高亮度。（4）宽视角和高速响应。（5）很宽的环境温度变化范围。（极低温的宇宙空间-500℃）（6）抗辐射能力强，工作频率可高达1000GHz5问题的提出上个世纪由CR

5、T统治整个显示技术领域！CRT（CathodeRayTube）突出优点：1、具有高分辨率2、轻易实现的高亮度及很好的对比度3、能够显示丰富的彩色色调和图象层次4、显示速度快——被人们认为是图文显示的标准8.2场致电子发射6显示技术首要解决的问题：实现显示器件的平板化FED是既能保持CRT的优势又能平板化的一项技术。逐渐暴露的缺点：1、体积大2、重量大3、功耗大4、屏幕越大显象管越长，大面积显示困难CRT由高能电子束激发荧光材料而发光。7电子发射是指电子从阴极逸出进入真空或其它气体媒质中的过程。电子发射按照其获得外加能量的

6、方式，即电子的受激发方式分为以下四种：热电子发射，光电子发射，次级电子发射及场致电子发射。主要有：1、热电子发射——传统CRT的原理2、场致电子发射——FED技术核心问题的铺垫8热电子发射：靠升高物体温度给发射体内部的电子以附加能量，使一些电子越过发射体表面势垒逸出而形成的电子发射方式。这种方式的发射能耗高，同时还有时间的延迟性。场致发射：不需要提供给体内电子以额外的能量，而是靠强的外加电场来压抑物体的表面势垒，使表面势垒的高度降低，宽度变窄，这样发射体内的大量电子由于隧道效应穿透表面势垒逸出形成场致电子发射。又称为冷电

7、子发射。它没有时间延迟，功耗低，是一种非常有效的电子发射方式。9场致发射理论场(致)电子发射是指在强电场作用下，固体(非绝缘体)发射电子的现象。场致电子发射与需要激发的光电子发射、次级电子发射和热阴极电子发射不同，基于电子隧道效应，无需能量激发。即固体中总能量低于表面势垒(逸出功)的电子不需要增加任何能量也有可能透过固体表面而进入真空中。外电场起到降低势垒高度和减薄势垒宽度(-EF)的作用。场致发射时，随外加电场的增强，发射体的表面势垒的高度越来越低，宽度越来越窄，从发射体表面逸出的电子越来越多，场致发射电流越来越大

8、。10FieldElectronEmission在加速场下金属表面的势垒曲线11问题的分析为了获得可利用的场致发射电流，阴极表面必须有相当高的加速电场强度。由静电学知识可知，极小曲率半径的金属针尖表面容易形成极强的电场，即“尖端放电”。因而将场致发射体（阴极）做成曲率半径很小的针尖。12可行性分析1、制造工艺试想用该