氧化鋅薄膜的制備及場發(fā)射性能研究.pdf

1、氧化鋅是一類重要的寬禁帶Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料,有著眾多優(yōu)異的特性,尤其是：良好的化學穩(wěn)定性,小的甚至負的電子親和勢(NEA),高的熱導率,良好的耐高溫性和抗氧化性,大的擊穿場強和高的載流子遷移率,大的場發(fā)射電流,使得它在場發(fā)射研究領域倍受青睞。但ZnO場發(fā)射陰極材料的研究目前主要集中在化學方法制備的一維納米材料方面,采用物理方法制備ZnO薄膜的場發(fā)射性能的報道卻很少。磁控濺射法制備的薄膜相對于化學方法有著諸多優(yōu)勢,比如附著性好,結(jié)構(gòu)

2、致密、針孔少且純度較高,均勻性好,更重要的是其發(fā)射電流均勻,制成的器件壽命長,且易于與其它微電子器件集成等。在此背景之下,本文對ZnO薄膜場發(fā)射特性作了一些有益的研究,研究內(nèi)容如下： 采用射頻磁控濺射法在Si(100)襯底上制備了不同薄膜厚度、不同襯底溫度、La摻雜和A1摻雜的ZnO薄膜樣品；用XRD、FESEM和AFM對薄膜進行了結(jié)構(gòu)和表面形貌表征,所有薄膜均為c軸擇優(yōu)取向生長(厚度系列中20nm和30nm的樣品除外)。

3、 研究了薄膜厚度對場發(fā)射性能的影響,得到了場發(fā)射性能最佳的厚度值(40nm)。發(fā)現(xiàn)此結(jié)果并不只是由于表面粗糙度變化所致,而可能是樣品表面粗糙度變化、高電場導致薄膜內(nèi)部空間電荷區(qū)能帶結(jié)構(gòu)的改變而引起的勢壘高度減小以及電子在薄膜中因散射作用導致的電流密度指數(shù)級的衰減三者共同作用的結(jié)果。 研究了襯底溫度對薄膜場發(fā)射性能的影響。發(fā)現(xiàn)場發(fā)射特性的變化可能是由于襯底溫度的改變引起表面形貌的變化所致,在厚度相同的情況下,粗糙度越大,場發(fā)射性