氮化铝薄膜的厚度对场发射特性的影响

采用射频磁控溅射方法,在n型(100)Si基底上沉积了不同厚度(20～150nm)纤锌矿结构的纳米A1N薄膜。在超高真空系统中测量了不同膜厚样品的场发射特性,发现阈值电场随着厚度的增加有增大的趋势。厚度为44nm的A1N薄膜样品具有最低的阈值电场(10V／μm),当外加电场为35V／μm时,最高发射电流密度为284μA／cm^2。A1N薄膜场发射F-N曲线表明,在外加电场作用下,电子隧穿了A1N

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第2 1卷

第 4期

液

晶

与

显

示

Vo1 2 NO 4 . 1, .

20 0 6年 8月

Chn s o r a fL q i y tl n s ly ie eJ u n l iudCr sasa d Dipa s o

Au ., 0 6 g 2 0

文章编号： 0 7 2 8 ( 0 6 0— 3 90 1 0— 7 0 2 0 ) 40 7 - 5

氮化铝薄膜的厚度对场发射特性的影响李英爱刘立华h,, 何志杨大鹏马红梅赵永年¨,,,( .林大学超硬材料国家重点实验室，林长春 1吉吉 1 0 1, - i ia 1.d .n 3 0 2 E mal y@j eu c :l u 160 ) 3 0 0 . 2吉林师范大学物理学院，林四平 .吉

摘

要：采用射频磁控溅射方法， n型 (0 ) i底上沉积了不同厚度 (O 10n纤锌在 10s基 2~ 5 m)

矿结构的纳米 A N薄膜。在超高真空系统中测量了不同膜厚样品的场发射特性，现阈值 1发电场随着厚度的增加有增大的趋势。厚度为 4 m的 A1薄膜样品具有最低的阈值电场 4a N (OV/ m)当外加电场为 3/ m时，高发射电流密度为 2 4/ c。A1膜场发射 1/,￣ 5V/￣最 8￣ m。 A/ N薄 FN曲线表明，外加电场作用下，子隧穿了 A1薄膜表面势垒发射到真空。 _在电 N 关键词：化铝薄膜；发射特性；度氮场厚文献标识码：A

中圈分类号： 8 3 9 TN 7 . 5

1引

言

度的 AI膜，究了厚度对 AI薄膜场发射 N薄研 N特性的影响。

冷阴极是场发射平板显示器和真空微电子设

备的重要组成部分。人们对场发射特性的研究多数致力于具有低阈值电场、发射电流的阴极材高料。2 0世纪 9 0年代以来，宽带隙半导体金刚石、 类金刚石薄膜和氮化硼薄膜成为场发射研究的热点卜引，是因为这些材料具有高热导率、这高化学稳定性、离子轰击性和负电子亲和势。抗 AI N作为一种宽带隙材料 ( n r yb n a E eg a d g p约 6 2e, . V)具有化学稳定性高、热传导率高、膨胀热系数低等优良特性，且已经证明其具有表面负并电子亲

和势 ( A)7,子易于逸出表面，很 NE[电]是

2实

验

Al薄膜的沉积过程中，空室内的各种因 N真

素如溅射功率、射气压及气体分压等参数对溅Al薄膜结构、面形貌以及薄膜质量等有很大 N表影响，而影响其场发射特性。本实验为了获得从 Al膜场发射性能最佳的成膜条件，行了系 N薄进列性实验。即对某一个沉积参数做系列性的改变，同时固定其他各个参数，样便得到了这个参这

数造成的影响，究其与场发射特性的关系。沉研积 Al薄膜的条件见表 1 N。采用 X光衍射的方法表征 AI薄膜的结构， N

好的电子场发射材料。Ma ooKa u等人研究 k t s了 S掺杂的 Al薄膜的场发射特性，明随 S i N表 i

衍射实验是在日本制造的理学 ( g k )靶 X Ria u转 光衍射仪上进行的。通过对 Al薄膜的 X光衍 N射结果分析来确定薄膜材料的物相组成。纳米 Al薄膜的厚度利用干涉显微镜在室温下测量。 N

掺杂密度的增加，值电场减小，射电流增阈发大。M. . h n S C u g等人研究了 A 1 N薄膜 IGa一的场发射特性，明随 Al尔分数增加，发射表摩场电流将增加[ 1。本文利用射频磁控溅射方法，制备出不同厚

通过原子力显微镜 ( M)片检测样品表面形 AF照貌，测量仪器采用 S i t i Isr me t产的 c nic n tu n生 e f表 1 A N薄膜的沉积参数 ITa l De o iin p r me e s f rA1 f ms be1 p st a a t r o N i o l

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