六硼化镧场发射阴极阵列的制作及特性

采用氧等离子体氧化刻蚀工艺,制备出尖锐的六硼化镧（LaBLaB6）微尖锥场发射阵列。在二极管结构中测试了LaB6-FEAs的场发射性能,得到了真空度为5×10-5 Pa 下的I-V曲线及相应的Fowler-Nordheim节点。结果表明,由于LaBLaB6材料较低的逸出功,使得阴极的开启电压较小,开启场仅为7 V/μm。此外,将氧等离子体氧化刻蚀方法与氩氧等离子体刻蚀方法和电化学刻蚀方法进行了比较,表明氧等离子体氧化刻蚀方法是制备LaB6场发射阴极阵列的一种理想工艺。     

单晶LaB6场发射阵列的电化学腐蚀工艺

 六硼化镧（LaB₆）场发射尖锥阵列的刻蚀工艺是制备LaB₆场发射阵列阴极的关键。在(111)面单晶LaB₆基片上,用等离子体增强化学气相沉积法制备氮化硅层做掩膜,光刻后采用电化学腐蚀方法对基片进行刻蚀,得到具有一定高度的LaB₆尖锥场发射阵列。讨论了单晶LaB₆的电化学腐蚀机理。改变各种电化学腐蚀参数,包括电解液成分、电解液浓度、阳极所加电压,用电子扫描显微镜观察样品形貌。结果发现H₃PO₄是刻蚀单晶LaB₆的理想电解液,它克服了过去电化学实验中经常遇到的尖锥各向异性问题。随着电解液浓度或阳极电压的增大,尖锥高度增加,但是基底表面变得更为粗糙。另一方面,阳极电压太小时,有横向刻蚀现象产生,不利于提高发射体的场增强因子。此外,在二极管结构中初步测试了LaB6尖锥场发射阵列的电流发射特性,在真空度2×10^-4 Pa、极间距离0.1 mm、阳极电压900 V下,发射电流达到13 mA。     

LaB6场发射尖锥的场发射特性研究

报道了六硼化镧（LaB6）场发射尖锥的场发射性能。采用电化学腐蚀方法制作了LaB6场发射尖锥,并在10-2～10-7 Pa 的宽真空度范围内对单尖LaB6场发射二极管的发射特性进行了测试。发现残余气体电离产生的离子轰击对LaB6场发射阴极尖锥表面起到了离子清洗作用,使LaB6场发射尖锥在低真空工作后发射电流大幅度提高。离子轰击是一种适用于LaB6场发射阴极的激活处理方法。     

LaB6场发射尖锥的场发射特性研究

报道了六硼化镧（LaB6）场发射尖锥的场发射性能。采用电化学腐蚀方法制作了LaB6场发射尖锥，并在10-2～10-7 Pa 的宽真空度范围内对单尖LaB6场发射二极管的发射特性进行了测试。发现残余气体电离产生的离子轰击对LaB6场发射阴极尖锥表面起到了离子清洗作用，使LaB6场发射尖锥在低真空工作后发射电流大幅度提高。离子轰击是一种适用于LaB6场发射阴极的激活处理方法。     

六硼化镧薄膜场致发射的特性

阵列薄膜是在制备好的尖锥阵列上沉积其他材料的薄膜,以提高场发射阴极性能,它是一种有效的提高场发射阴极性能的方法。在n型硅片上先后采用氧化、光刻、干法刻蚀、氧化削尖等工艺,制备出曲率半径很小的硅尖锥场发射阵列,硅阵列中每个硅尖锥的底半径约2μm,锥高约1.04μm,每个硅尖之间间隔6μm,尖端的曲率半径约50nm,锥角约56°,尖锥阵列的密度约106/cm2。为了降低硅尖锥的功函数及提高抗离子轰击能力,通过电子束蒸发在硅尖阵列上沉积六硼化镧(LaB6)薄膜,薄膜的厚度大约50nm,锥尖曲率半径变为约111nm。X射线衍射(XRD)分析结果表明,电子束沉积在硅尖端的LaB6具有良好的结晶特性。硅尖锥及不同的真空度下阵列薄膜的场致发射I-V特性及电流发射稳定性的测试结果表明:沉积LaB6的薄膜阴极阵列的总发射电流达到125μA,是纯硅尖锥阵列125倍。并且硅阵列六硼化镧薄膜具有良好的场发射稳定性,是一种理想的薄膜场发射阵列。     

电子束蒸发沉积六硼化镧薄膜的逸出功

六硼化镧(LaB6)具有电子逸出功低、高熔点和高化学稳定性等优点,是制作热阴极和场发射阴极的理想发射体材料。而且在常规场发射尖锥表面涂敷一层LaB6)薄膜能够大幅度提高场发射尖锥的发射能力。为了测量LaB6) 薄膜的逸出功,采用电子束蒸发技术沉积LaB6)薄膜,并对薄膜进行了X射线衍射分析和X射线光电谱分析。通过测量薄膜的热电子发射特性和敷LaB6)薄膜的硅尖锥阵列的场致电子发射特性确定了LaB6薄膜的逸出功,与块状LaB6)多晶材料的逸出功大体相同,说明电子束蒸发沉积技术适合于制备高纯度、低逸出功的LaB6薄膜。     

电化学刻蚀法制备LaB6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较.结果表明,LaB₆作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性.在〈111〉面单晶LaB₆基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB₆微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB₆基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性.该结论对LaB₆材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义.     

大面积六硼化镧薄膜阴极制备及性能

 采用电子束蒸发方法在大面积玻璃基底和钽基底上沉积六硼化镧薄膜阴极。分别对玻璃基底上沉积的六硼化镧薄膜的生长取向、附着力与不同蒸发角度(0°, 30°,45°和60°)的关系进行了研究;对钽基底上沉积的六硼化镧薄膜阴极的逸出功进行了研究。结果表明:在基底温度为250 ℃时,制备的六硼化镧薄膜具有(100)晶面择优生长的特点;蒸发角度为45°时,六硼化镧薄膜(100)晶面的晶格常数与靶材相差最小,晶粒较小;根据优化的工艺制备的六硼化镧薄膜阴极的逸出功为2.56 eV。     

大面积六硼化镧薄膜阴极制备及性能

采用电子束蒸发方法在大面积玻璃基底和钽基底上沉积六硼化镧薄膜阴极。分别对玻璃基底上沉积的六硼化镧薄膜的生长取向、附着力与不同蒸发角度(0°, 30°,45°和60°)的关系进行了研究;对钽基底上沉积的六硼化镧薄膜阴极的逸出功进行了研究。结果表明:在基底温度为250 ℃时,制备的六硼化镧薄膜具有(100)晶面择优生长的特点;蒸发角度为45°时,六硼化镧薄膜(100)晶面的晶格常数与靶材相差最小,晶粒较小;根据优化的工艺制备的六硼化镧薄膜阴极的逸出功为2.56 eV。     

电子束蒸发沉积六硼化镧薄膜的逸出功(英文)

六硼化镧(LaB6)具有电子逸出功低、高熔点和高化学稳定性等优点,是制作热阴极和场发射阴极的理想发射体材料。而且在常规场发射尖锥表面涂敷一层LaB6薄膜能够大幅度提高场发射尖锥的发射能力。为了测量LaB6薄膜的逸出功,采用电子束蒸发技术沉积LaB6薄膜,并对薄膜进行了X射线衍射分析和X射线光电谱分析。通过测量薄膜的热电子发射特性和敷LaB6薄膜的硅尖锥阵列的场致电子发射特性确定了LaB6薄膜的逸出功,与块状LaB6多晶材料的逸出功大体相同,说明电子束蒸发沉积技术适合于制备高纯度、低逸出功的LaB6薄膜。     

LaB6场发射尖锥的场发射特性研究

 报道了六硼化镧（LaB₆）场发射尖锥的场发射性能。采用电化学腐蚀方法制作了LaB₆场发射尖锥，并在10^-2～10^-7 Pa 的宽真空度范围内对单尖LaB₆场发射二极管的发射特性进行了测试。发现残余气体电离产生的离子轰击对LaB₆场发射阴极尖锥表面起到了离子清洗作用，使LaB₆场发射尖锥在低真空工作后发射电流大幅度提高。离子轰击是一种适用于LaB₆场发射阴极的激活处理方法。     

LaB6场发射阵列牺牲层制备工艺

分析了传统牺牲层材料铝在制备LaB6场发射阵列时存在的问题,利用溅射及热蒸发工艺依次制备铝膜和氧化锌膜,制备出了一种新型的牺牲层——ZnO-Al复合牺牲层,并对所制备的阵列进行了测试。实验结果表明：ZnO-Al复合牺牲层能够有效地解决电化学腐蚀的问题,所制备出的LaB6场发射阵列尖锥保持了完好的形貌,其发射特性也达到了最初制备场发射阵列的要求,说明ZnO-Al复合牺牲层是作为LaB6场发射阵列牺牲层的理想材料。     

LaB6场发射阵列牺牲层制备工艺

 分析了传统牺牲层材料铝在制备LaB6场发射阵列时存在的问题,利用溅射及热蒸发工艺依次制备铝膜和氧化锌膜,制备出了一种新型的牺牲层——ZnO-Al复合牺牲层,并对所制备的阵列进行了测试。实验结果表明：ZnO-Al复合牺牲层能够有效地解决电化学腐蚀的问题,所制备出的LaB₆场发射阵列尖锥保持了完好的形貌,其发射特性也达到了最初制备场发射阵列的要求,说明ZnO-Al复合牺牲层是作为LaB₆场发射阵列牺牲层的理想材料。     

多晶LaB6阴极的脉冲热发射特性

 采用多晶LaB₆材料制成平板二极管阴极，阳极采用钼材料，阴极采用热传导与热辐射加热，加热体为石墨。实验研究了不同阴极温度、不同真空度下的脉冲发射特性，并对热发射稳定性进行了分析。结果表明： 在动态真空系统中， 阴极发射面积为0.012 1 cm²， 工作真空度为2×10^-4 Pa， 阴极温度分别为1 600， 1 650和1 700 ℃，在脉冲宽度为40 ms、重复频率为107 Hz的条件下，最大脉冲发射电流密度分别为34.0，44.0和53.8 A/cm²; 2×10^-4，5×10^-4和2×10^-3 Pa压强下的发射能力没有明显的差异;脉冲宽度的变化不影响发射电流密度的变化。     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7μm,中间部分的直径在100~300nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示:该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7V/μm(电流密度10μA/cm2处);硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7 m,中间部分的直径在100~300 nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示：该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7 V/m（电流密度10 A/cm2处）;硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。