【摘 要】
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场致发射阵列阴极(FEA)又名冷启动阵列阴极,具有低功耗,高电流密度,启动速度快,寿命长等众多优点,在民用领域和军工领域应用甚广,如:显微技术、照明技术、传感技术以及显示技术。其中,Spindt阵列阴极一直以来更是备受关注。就发射单元来说,Spindt阵列阴极要求在较低的外加电场之下,提高发射单元表面的电场强度,同时保证发射电流的稳定性。但研究发现,现有的Spindt阵列难以保证每个发射尖锥的发射
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场致发射阵列阴极(FEA)又名冷启动阵列阴极,具有低功耗,高电流密度,启动速度快,寿命长等众多优点,在民用领域和军工领域应用甚广,如:显微技术、照明技术、传感技术以及显示技术。其中,Spindt阵列阴极一直以来更是备受关注。就发射单元来说,Spindt阵列阴极要求在较低的外加电场之下,提高发射单元表面的电场强度,同时保证发射电流的稳定性。但研究发现,现有的Spindt阵列难以保证每个发射尖锥的发射均匀性,如:发射尖锥的形貌以及栅孔的几何尺寸不一致;此外,阴极阵列的表面污染如吸附气体等,导致在阴极阵列中各个发射尖锥的发射系数不统一,产生打火现象,甚至损毁。本文的研究对象是Spindt型钼尖锥场发射阵列阴极(Mo-FEA),通过在硅基底与Mo发射体之间添加掺杂银的氧化硅(Ag-SiO2)薄膜,以提高阴极的发射电流稳定性。其工作原理是:在钼尖锥发射电流过载时,利用银掺杂氧化硅薄膜的阻变特性,阻变层实现从低阻态向高阻态转变,此时阻变层两端压降远高于钼尖锥,迫使钼尖锥发射电流降低,甚至关闭场发射效应。为制备出适用于Mo-FEA的Ag-SiO2薄膜,论文研究了SiO2薄膜厚度、退火温度和退火时间对阻变性能的影响。在此基础上制备了具有Ag-SiO2阻变层的Mo-FEA,并对其场发射性能进行测试。得到以下结论:1)当SiO2薄膜厚度在220-520nm之间,Ag-SiO2薄膜具有良好的阻变效应;当薄膜厚度超过620nm时,阻变特性消失。2)当SiO2薄膜退火温度分别为400℃、500℃和600℃时,随着退火温度的升高,阻态发生变化对应的电压值向两端延伸。3)当SiO2薄膜厚度为520nm,退火温度为500℃时,退火时间(3h、4h、5h)对SiO2薄膜阻变效应影响不大。4)Ag-SiO2-Mo-FEA场发射测试结果表明,在阳极电压700V,栅极电压102V时,阳极接收电流密度可达0.035A/cm~2;阴极稳定性较好,连续工作7h后,阴极发射电流稳定在1m A,上下波动不超过10%。
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