硅基场发射三极管阵列的制备与优化

论文摘要

场发射阴极在微波管、平板显示和传感器等方面上有着广泛的应用前景,与热阴极相比,其具有抗辐射、响应速度快、功率大、低噪声、体积小、功耗低、适合大规模生产、集成化等优点,所以目前场发射三极管阵列成为国内外阴极研究的重点。随着半导体集成电路工艺的日益成熟,制备高密度、强发射电流的场发射阵列已经成为可能性。但是对于不同半导体生产工艺精度和不同发射材料的选择,也是存在工艺参数和器件性能上的差异。为了制备出具备一定发射性能的三极管器件,本文采用了六硼化镧薄膜三极管阵列作为研究方向,主要做了如下工作:1.研究了场发射阵列制备过程中的几种重要工艺,包括光刻工艺,刻蚀工艺,薄膜沉积工艺等,研究其参数对器件的制备及性能的影响。2.重点研究了硅基底三极管阵列中空腔刻蚀工艺,并对各种工艺条件下得到的结果进行了比较,选择合适的参数成功制备出了合理结构场发射空腔阵列。3.研究了在硅基空腔内沉积钼尖锥阵列和在尖锥表面沉积六硼化镧薄膜工艺,并对六硼化镧薄膜场发射三极管阵列进行退火工艺处理。得到开启电压低和发射性能好的六硼化镧薄膜发射阵列三极管。4.对三极管阵列阴极进行了封装和测试,包括测试电路的设计及封装工艺的研究,同时,对测试结果做出了详细的分析比较与讨论。通过以上研究,本文成功制备出了场发射三极管,得到了场发射阵列制备过程中的几种重要工艺（如光刻工艺,刻蚀工艺,薄膜沉积工艺等）;重点研究了硅基底三极管阵列中空腔刻蚀工艺和硅基场射三极管阵列的薄膜沉积工艺,取得了一些相关工艺的实验参数;同时,在钼尖锥阵列表面成功沉积了一层LaB6薄膜,并测试了发射性能。结果表明:沉积LaB6薄膜后的钼尖锥阵列比纯钼尖锥阵列的发射性能有明显改善,得到了的更加低的启动电压和较大的发射电流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 场发射阴极的发展状况
• 1.2.1 场发射发展历史
• 1.2.2 场发射的国外研究情况
• 1.2.3 场发射的国内研究情况
• 1.3 场发射阴极的分类与应用
• 1.3.1 场发射阴极的分类
• 1.3.2 场发射阴极的应用
• 1.4 本论文的主要工作内容及意义
• 第二章 场致发射的基本理论
• 2.1 金属材料的表面势垒
• 2.2 金属场致发射理论
• 2.2.1 理想条件下的F-N公式
• 2.2.2 F-N公式的适用性
• 2.3 半导体场致发射理论
• 2.4 尖锥发射体参数与场发射的关系
• 第三章 场发射三极管阵列的基本制备工艺
• 3.1 Spindt阴极制备工艺
• 3.2 硅尖锥阴极制备工艺
• 3.2.1 自对准氧化削尖工艺
• 3.2.2 回蚀工艺
• 3.3 微尖场发射阵列工艺
• 3.4 本章小结
• 第四章 硅基场发射三极管阴极阵列的制备
• 4.1 材料的选择
• 4.1.1 基底材料的选择
• 4.1.2 场发射材料的选择
• 4.2 半导体空腔的制备工艺研究
• 4.2.1 预氧层及氮化硅层的制备
• 4.2.2 光刻技术
• 4.2.3 氧化模型与参数控制
• 4.2.4 空腔刻蚀
• 4.2.5 结果与分析
• 4.3 硅基场发射三极管阵列栅极的制备
• 4.4 牺牲层的设计与制备
• 4.5 硅基场发射三极管阵列尖锥阵列的制备
• 4.5.1 沉积尖锥阵列
• 4.5.2 去除牺牲层
• 4.5.3 沉积薄膜的尖锥阵列制备
• 4.6 本章小结
• 第五章 阴极阵列的优化与测试
• 5.1 退火工艺
• 5.2 三极管阵列封装工艺及测试设备
• 5.2.1 封装工艺
• 5.2.2 测试电路
• 5.3 场发射三极管发射性能测试及分析
• 5.4 场发射三极管稳定性测试及分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 结束语
• 6.1 本论文的主要工作与结论
• 6.2 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