鋁鎵氮半導(dǎo)體薄膜制備及場發(fā)射性能研究.pdf

1、本論文針對當(dāng)前薄膜型場發(fā)射冷陰極研究的熱點問題——如何提高場發(fā)射電流密度并降低閾值電壓，分別從厚度、表面以及結(jié)構(gòu)調(diào)制的角度，研究各種因素對其場發(fā)射性能的影響。一方面旨在通過調(diào)制優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，促進(jìn)真空微電子器件的應(yīng)用；另一方面希望通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究場發(fā)射的物理機(jī)制和規(guī)律。 研究了薄膜厚度對鋁鎵氮薄膜(GaN為例)場發(fā)射性能的影響。實驗表明5nm超薄膜具有非常優(yōu)異的場發(fā)射性能，在設(shè)定電流密度為1μA/cm2時，開啟電場僅為0.78V

2、/μm(為目前報道的GaN薄膜場發(fā)射最好結(jié)果)；對普通薄膜而言，同時存在一個場發(fā)射最佳膜厚值(本文為20nm)。薄膜厚度對場發(fā)射性能的作用，可能是薄膜內(nèi)部空間電荷密度、有效勢壘面積和電子散射三者共同作用的結(jié)果。 研究了表面處理對鋁鎵氮薄膜(AlN為例)場發(fā)射性能的影響。經(jīng)過90min H等離子體處理，薄膜表面粗糙度從1.0nm增大到2.4nm，但電流達(dá)到0.1μA/cm2所需電場從45V/μm增大到71.4 V/μm，場發(fā)射性能

3、降低。H等離子體處理飽和了薄膜表面的懸掛鍵，使禁帶中的缺陷能級(帶)減少，電子占據(jù)態(tài)密度變少，減少了電子源的供給，使樣品的場發(fā)射性能降低。 研究了結(jié)構(gòu)調(diào)制對場發(fā)射性能的影響。首先研究了厚度調(diào)制對兩層AlN/GaN結(jié)構(gòu)場發(fā)射性能的影響，AlN/GaN薄膜開啟電場要比單層結(jié)構(gòu)的AlN、GaN薄膜小一個數(shù)量級，場發(fā)射性能明顯優(yōu)于單層結(jié)構(gòu)。初步探索了成分調(diào)制對鋁鎵氮薄膜場發(fā)射性能的影響，制備了Al0.3Ga0.7N復(fù)合半導(dǎo)體，發(fā)現(xiàn)其具有