六硼化鑭場(chǎng)發(fā)射陣列陰極制備工藝與測(cè)試.pdf

1、以場(chǎng)致發(fā)射理論為基礎(chǔ)的真空微電子器件，因其具有體積小、功耗小、電壓低、速度快、抗輻射及工作溫度范圍寬等顯著的特點(diǎn)而倍受人們的關(guān)注。場(chǎng)發(fā)射陰極是真空微電子器件的核心，其性能的好壞將直接決定著場(chǎng)發(fā)射器件的總體性能。近些年通過(guò)眾多研究者的不斷努力，場(chǎng)發(fā)射陣列陰極的結(jié)構(gòu)，陰極材料和制備工藝等方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)步。
　　場(chǎng)發(fā)射陣列陰極中應(yīng)用最為廣泛的是場(chǎng)發(fā)射尖錐陣列，在制備場(chǎng)發(fā)射陣列陰極時(shí)，必須考慮到材料的功函數(shù)、電導(dǎo)率、密度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)

2、穩(wěn)定性等因素對(duì)其發(fā)射性能的影響，同時(shí)要考慮材料對(duì)加工工藝上的要求。目前，場(chǎng)發(fā)射陰極材料多種多樣，但都存在逸出功大，穩(wěn)定性及均勻性不理想，發(fā)射性能低等方面的問(wèn)題。與之相比，六硼化鑭(LaB6)材料由于具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，具有較低的功函數(shù)、較高的導(dǎo)電率以及活性陰極表面，因而成為制備場(chǎng)發(fā)射陣列陰極的理想材料。在場(chǎng)發(fā)射陣列陰極制備方面，現(xiàn)階段比較成熟的有Spindt實(shí)驗(yàn)室制作的鉬尖錐場(chǎng)發(fā)射陣列，和采用氧化削尖工藝的硅尖錐場(chǎng)發(fā)射陣列，

3、兩種場(chǎng)發(fā)射陣列陰極的制備各有特點(diǎn)但不盡相同。他們的共同點(diǎn)是都采用硅作為基底材料，具有工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且與大規(guī)模集成電路技術(shù)兼容，可以大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)首先采用在常規(guī)Spindt型陰極制備工藝的基礎(chǔ)上制作具有亞微米柵極孔徑的鳥嘴型六硼化鑭尖錐場(chǎng)發(fā)射陣列陰極，這一工藝采用硅的局部氧化工藝來(lái)制備柵極絕緣層，并利用硅的側(cè)向氧化使柵極孔徑降到亞微米級(jí)別，通過(guò)固定角度蒸發(fā)金屬鋁來(lái)制備犧牲層，電子束垂直蒸發(fā)多晶六硼化鑭形成尖錐陰極，成功的

4、制備出了尖錐曲率半徑為25nm的六硼化鑭尖錐場(chǎng)發(fā)射陣列陰極，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)這一工藝中存在最大的問(wèn)題是柵陰極之間的短路問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)不變的情況下進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)雖能制備出柵陰極之間絕緣性好的場(chǎng)發(fā)射陣列陰極，但實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性差，并且在測(cè)試中很容易短路。因此實(shí)驗(yàn)隨后采用另一種方案來(lái)制備場(chǎng)發(fā)射陣列陰極，它是采用常規(guī) Spindt型陰極的制備工藝來(lái)制備亞微米柵孔孔徑的六硼化鑭場(chǎng)發(fā)射陣列陰極，并將制備得到的場(chǎng)發(fā)射陣列陰極進(jìn)行封裝和測(cè)試