钼硅化物的场发射研究

论文摘要

真空微电子器件具有电子传输速率高、功耗低、发射电流密度大、无需加热等优点,场发射阴极作为真空微电子器件的核心部分,其性能的好坏直接影响真空微电子器件的整体性能。因此,场发射阴极的制备、特性和应用等成为真空微电子器件的研究重点。阵列场发射体的整体性能在人们的努力下通过改进阵列发射体结构、优化制备工艺等措施得到提升。在尖锥阵列上敷膜的方法不仅可以利用原有发射体的结构,而且可以利用薄膜材料优越的物理化学特性有效提高场发射阴极性能。在硅尖锥阵列上沉积、制备其他材料薄膜,使原硅尖阵列的场发射特性得到改善。例如,选择逸出功低、导电和导热率良好的发射材料制备薄膜,可以得到较原阵列更好的场发射性能。因此薄膜材料的选择需要考虑其功函数、电导率、热稳定性和化学稳定性等因素。钼硅化物（MoSi2）为二元合金系中含硅量最高的一种中间相,具有金属与陶瓷的双重特性,以及优良的物理化学性质,使之成为场发射阵列敷膜的理想材料之一。硅基刀口型边缘微尖阵列上制备钼硅化物薄膜的关键工艺是刀口型边缘微尖阵列的制备和钼硅化物薄膜的制备。论文以这两部分为中心,研究了二极管型刀口型边缘微尖阵列制备和使用快速退火方法制备钼硅化物薄膜的工艺。实验先后使用氧化、PECVD镀膜、光刻、湿法和干法刻蚀、局部氧化、氧化削尖等工艺,成功地制备出二极管型刀口型边缘微尖阵列。通过电子束蒸发的方法在制备好的刀口型边缘微尖阵列样品上沉积金属钼薄膜,再通过在真空系统中快速退火成功制备出钼硅化物薄膜。论文分别对二极管结构的刀口型微尖阵列和敷钼硅化物膜的微尖阵列进行了场发射特性测试,并详细地分析和讨论实验现象和数据。得出涂敷钼硅化物薄膜的二极管结构刀口型边缘微尖阵列场发射Ⅰ-Ⅴ特性及其稳定特性等场发射特性。实验结果表明,涂敷钼硅化物薄膜的二极管结构刀口型边缘微尖阵列比硅基刀口型边缘微尖阵列具有较好场发射性能和稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 场发射阵列阴极的分类
• 1.3 场致发射的应用
• 1.3.1 平板显示
• 1.3.2 微波器件
• 1.3.3 其它方面
• 1.4 课题研究内容及论文结构
• 第二章 场发射的基本理论
• 2.1 场致发射基本原理
• 2.1.1 表面势垒与电子发射
• 2.1.2 金属场致发射
• 2.1.3 半导体场致发射
• 2.1.4 内场致发射
• 2.2 影响场发射的因素
• 2.2.1 温度
• 2.2.2 控制电压
• 2.2.3 几何参数
• 2.2.4 材料
• 第三章 阵列薄膜改性研究
• 3.1 硅基尖锥阵列薄膜的制备
• 3.2.1 二极管阵列薄膜的制备
• 3.2.2 三极管阵列薄膜的制备
• 3.2.3 Spindt型阵列薄膜的制备
• 3.2 阵列薄膜制备方法的选取
• 3.3 硅基尖锥阵列薄膜材料
• 3.4 金属硅化物及课题材料选取
• 第四章 刀口型边缘微尖的制备
• 4.1 刀口型微尖上制备钼硅化物薄膜总工艺流程
• 4.2 基片清洗
• 4.2.1 RCA清洗液
• 4.2.2 清洗工序
• 4.3 刀口型边缘微尖的制备
• 4.3.1 高温氧化工艺
• 4.3.2 氮化硅薄膜的制备工艺
• 4.3.3 光刻及去除氮化硅层工艺
• 4.3.4 预氧层和部分鸟嘴的去除工艺
• 4.3.5 混酸刻蚀工艺
• 4.3.6 氧化削尖工艺
• 4.4 总结
• 第五章 钼硅化物薄膜的制备
• 5.1 钼硅化物薄膜的制备
• 5.1.1 镀钼工艺
• 5.2 退火制备钼硅化物薄膜工艺
• 5.2.1 马弗炉中退火
• 5.2.2 高温氧化炉退火
• 5.2.3 真空系统快速退火
• 5.3 总结
• 第六章 场发射性能测试
• 6.1 动态真空系统场发射测试
• 6.1.1 动态真空测试系统装置
• 6.1.2 测试结果及分析
• 6.2 静态真空系统场发射测试
• 6.2.1 静态真空测试系统装置
• 6.2.2 测试结果及分析
• 6.3 总结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文主要工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 硕士研究生期间发表的论文