具有汇聚特性的场发射电子源的模拟研究

论文摘要

显示技术是将浩如烟海的信息转化为视觉信息的重要技术。随着电子产品,便携式移动通信的飞速发展,人们对显示技术和显示器件的要求也越来越高。平板化、数字化成为显示器件的发展趋势。场发射显示技术是能够保留CRT显示质量,并使之平板化的重要的平板显示技术,多年来一直都是国际平板显示技术领域的研究热点之一。场发射的阴极结构是场发射显示的核心技术之一,但是国内外关于场发射的阴极结构还没有得出一致的共识。现行提出的各种阴极结构或发射角度大或制备工艺要求高,难以满足实际平板显示器件的要求。本文提出了一种新型场发射阴极结构,这种结构的场发射体将栅极和阴极的位置进行了调换,栅极置于中间位置,被阴极所包围,并且在栅极和阴极之间采用类似于表面导电发射体薄膜的岛状薄膜。由于此种结构非常简单,制备工艺要求较低,而且后期的模拟计算表明此种场发射阴极结构具有良好的汇聚特性,发散小,具有良好的应用前景。本文利用有限元方法计算了此种新型阴极结构的电场分布和电子轨迹分布情况。通过选取栅极附近的四条路径,分别考察了栅极电场、阳极电场、总电场对发射电子的影响。模拟计算表明阴极发射体的结构参数及所施电压参数对岛状薄膜发射电子束汇聚程度的影响规律如下:汇聚程度随着栅极和阴极间距的增大而增强;随着栅极宽度的增大而减弱;随着栅极厚度的增大而减弱;汇聚程度由于支撑墙的加入而明显减弱;电子束的汇聚是栅极电压和阳极电压共同作用的结果,栅极电压等于40V,阳极电压等于1100V相对于模型(L=60μm;D=20μm;J=20μm ;T=0.6μm ;H=180μm)是最优组合,也就是栅极电压等于40V,阳极电压等于1100V,模型汇聚程度最好。本文还考察了凹陷栅极对阴极发射电子汇聚程度的影响。随着栅极电压的不断增大,平栅极和凹陷栅极的场发射单元的发散比率不断增大,发射效率不断减小,但是随着栅极电压的不断增大,凹陷栅极与平栅极发散比率差异性减小,凹陷栅极与平栅极发散效率差异性增大;随着栅极宽度的不断增大,平栅极和凹陷栅极的发散比率都有不断减小的趋势,只是平栅极减小的程度更快,栅极宽度越大,平栅极和凹陷的发散比率的差异性越来越大,栅极宽度对平栅极发射效率几乎不构成影响,而凹陷栅极的发射效率随着栅极宽度的增大不断增大;凹槽深度对发散比率和发射效率几乎不构成影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 常见平板显示器件（FPD）
• 1.2 场发射显示（Field Emission Display-FED）
• 1.3 常见冷阴极器件结构
• 1.4 选题及研究内容
• 第二章 电子发射理论及岛状薄膜电子发射
• 2.1 场发射及热电子发射
• 2.1.1 场发射理论
• 2.1.2 热电子发射理论
• 2.2 岛状薄膜的电子发射
• 2.2.1 岛状薄膜的制备
• 2.2.2 岛状薄膜的电子发射特性
• 2.2.3 岛状薄膜电子发射理论解释
• 2.3 岛状薄膜应用于阴极发射体
• 第三章 模拟计算方法
• 3.1 有限元方法
• 3.1.1 有限元方法概述
• 3.1.2 有限元方法的分析过程
• 3.2 二维拉普拉斯方程解法
• 3.2.1 单元的划分
• 3.2.2 建立单元上的线性插值函数
• 3.2.3 单元分析
• 3.2.4 总体合成
• 3.3 计算模型
• 第四章 电子源场发射特性模拟研究
• 4.1 栅极附近的电势及电场
• 4.2 各参数条件对电子束汇聚程度的影响
• 4.2.1 发散比率的定义
• 4.2.2 各参数对岛状薄膜表面发射电子束发散比率的影响
• 4.2.3 各参数对阴极发射电子束发散比率及发射效率的影响
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文