应用于MIM-FEA的薄膜制备及其表征技术

论文摘要

本文重点论述了应用于金属-绝缘-金属结构的场发射阵列（MIM-FEA）的薄膜制备及其表征技术。采用磁控溅射技术制备Cr、Cu、SiO2和Al2O3 薄膜,并利用扫描电镜、透射电镜、X 射线衍射仪、能谱仪、原子力显微镜、台阶仪等对薄膜性能进行表征和分析讨论,获得了上述几种薄膜较佳的制备工艺参数,并对MIM-FEA 的制备及性能测试也进行了研究。采用直流磁控溅射技术制备铬（Cr）、铜（Cu）复合膜作为MIM-FEA的电极材料,研究了:溅射气压、溅射功率与薄膜沉积速率的关系;基片温度与薄膜电阻率的关系;溅射工艺参数对薄膜附着性能的影响。实验结果表明:在基片温度为120℃的工艺条件下制备的Cr、Cu 薄膜,其表面结构致密,无明显缺陷,成分中不含杂质,膜厚（基片面积为606mm×396mm）均匀性较好（≤±7.5%）。同时,采用射频磁控溅射技术制备SiO2薄膜和中频反应磁控溅射技术制备Al2O3 薄膜作为MIM-FEA 的绝缘层材料,分析了溅射工艺参数对薄膜沉积速率的影响,并就反应溅射制备Al2O3薄膜过程中存在的“迟滞回线”问题进行了研究。实验结果表明:在基片温度为150℃的工艺条件下,制备的SiO2和Al2O3薄膜都是非晶态结构,膜层结构致密,表面光滑平整;SiO2 薄膜中O、Si 原子比接近2:1,而Al2O3 薄膜呈富氧状态;这两种薄膜的表面粗糙度都随着溅射功率的增大而变大,而溅射气压对表面粗糙度的影响则比较小;它们的膜厚（基片面积为606mm×396mm）均匀性较好（≤±7.7%）。最后详细介绍了MIM-FEA 的制备过程及其相关的工艺参数,其中采用SiO2+Al2O3 多层复合膜作为MIM-FEA 的绝缘层是一种新方法,它减少了大面积薄膜中存在的针孔和缺陷,使绝缘层性能得到提高;对MIM-FEA 进行了I-V 特性和击穿电压的测试,结果表明其具有较低的电子发射阈值电压（10V）和较均匀的耐压性能,这种MIM-FEA的FED 样机实现了视频图像的显示。

论文目录

• 引言
• 第一章 FED 的工作原理及其工艺过程
• 1.1 概述
• 1.2 FED 的工作原理
• 1.2.1 场致发射的基本理论
• 1.2.2 FED 的工作原理
• 1.3 场发射阵列（FEA）的类型
• 1.4 FED 显示器件工艺过程的概述
• 1.5 本项目研究的内容
• 第二章 工艺实验的方法及内容
• 2.1 概述
• 2.2 磁控溅射的基本原理
• 2.3 磁控溅射法的类型
• 2.3.1 直流磁控溅射
• 2.3.2 射频磁控溅射
• 2.3.3 中频反应磁控溅射
• 2.4 薄膜的表征技术及内容
• 2.4.1 薄膜厚度测量
• 2.4.2 X 射线衍射仪（XRD）
• 2.4.3 扫描电镜（SEM）
• 2.4.4 透射电镜（TEM）
• 2.4.5 X 射线能量色散谱仪（EDX）
• 2.4.6 原子力显微镜（AFM）
• 2.5 JPGD-1200 磁控溅射镀膜系统的简介
• 第三章 金属薄膜的制备工艺及薄膜性质的表征
• 3.1 概述
• 3.2 铬（Cr）、铜（Cu）薄膜的实验制备
• 3.2.1 玻璃基片的清洗
• 3.2.2 实验过程
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 溅射气压与沉积速率的关系
• 3.3.2 溅射功率与沉积速率的关系
• 3.3.3 基片温度与薄膜电阻率的关系
• 3.3.4 薄膜的附着性能
• 3.3.5 Cr、Cu 薄膜的性能测试
• 第四章 介质薄膜的制备工艺及薄膜性质的表征
• 4.1 概述
• 2 薄膜'>4.2 射频磁控溅射 SiO₂薄膜
• 2 薄膜的性质'>4.2.1 SiO₂薄膜的性质
• O2 薄膜的常用制备方法'>4.2.2 Si_O2 薄膜的常用制备方法
• 2 薄膜'>4.2.2 射频磁控溅射制备 SiO₂薄膜
• 4.2.3 实验结果分析
• 2O₃ 薄膜'>4.3 中频反应磁控溅射制备 Al₂O₃薄膜
• 2O₃ 薄膜的性质'>4.3.1 Al₂O₃薄膜的性质
• 2O₃ 薄膜的常用制备方法'>4.3.2 Al₂O₃薄膜的常用制备方法
• 2O₃ 薄膜'>4.3.3 中频反应磁控溅射制备 Al₂O₃薄膜
• 4.3.4 实验结果分析
• 第五章 MIM-FEA 阴极阵列的制备及性能测试
• 5.1 MIM-FEA 的制作流程图
• 5.2 实验过程
• 5.2.1 下电极制作
• 5.2.2 绝缘层及上电极制作
• 5.2.3 MIM-FEA 的形成
• 5.3 性能测试
• 5.3.1 I-V 特性曲线测试
• 2 和 Al₂O₃）耐压强度测试'>5.3.2 复合膜层（SiO₂ 和 Al₂O₃）耐压强度测试
• 5.3.3 显示屏性能测试
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历