新型场致电子发射硅纳米尖锥阵列的制备及特性研究

备及特性研

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７６６８２１

硕士学位毕业论文

新型场致电子发射硅纳米尖锥阵列拂岛坂、拿答獭撇名’

委员：互防彳扣乏沤务的制备及特性研究专业：凝聚态物理申请人姓名：赵珂导师：许宁生教授余峻聪讲师

中山大学理工学院

广州二零零五年五月专车宁生

备及特性研

摘要

硅基场致电子发射纳米结构材料的研制是目前真空微电子器件研究领域的一个重要课题。硅纳米尖锥由于具有良好的场致电子发射性能，是近期有可能在真空纳微电子器件应用中有所突破的纳米材料之一。

本论文采用微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＥＣＶＤ）方法，制备出高密度（１０８个／ｃｍ２）的尖锥顶端覆盖有碳化硅（ＳＩＣ）颗粒的硅纳米尖锥阵列，纳米尖锥高径比为４０，结构有利于场致电子发射。同时，我们提出“纳米颗粒自组装沉积辅以氢气等离子体刻蚀的机制”对硅纳米尖锥形成的机理进行了解释。

我们通过氢气等离子体处理的方法将上述尖锥顶端的ＳｉＣ颗粒转化为非晶硅（ａ．Ｓｉ）颗粒，同时锐化了尖锥。在此基础上，我们采用化学腐蚀法获得了尖锥顶端没有覆盖颗粒的硅纳米尖锥。

在上述研究基础上，我们发展了一种新的方法，利用金刚石纳米颗粒作为掩模，研制出尖锥项端覆盖有金刚石纳米颗粒的硅纳米尖锥阵列。

我们对上述四种硅纳米尖锥阵列的场致电子发射特性进行了系统的测试和比较。结果表明，尖锥顶端覆盖有金刚石纳米颗粒的硅纳米尖锥阵列具有最优越的场致电子发射特性，能够获得２．６５～３．３３ＭＶ／ｍ的场致电子发射开启电场。我们认为，新型硅纳米尖锥顶端颗粒的表面电子亲和势对硅纳米尖锥的场致电子发射特性起到了决定性的作用。并且，我们利用限流电阻效应分析了这些硅纳米尖锥阵列场致电子发射特性均匀性的差异。

关键词：新型硅纳米尖锥阵列、场致电子发射、微波等离子体增强化学气相沉积（ＭＰＥＣＶＤ）

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第一章硅基场致电子发射纳米结构材料研究概况

第一章

１．１背景介绍硅基场致电子发射纳米结构材料研究概况

固体材料中的自由电子在外加电场的作用下，以量子隧穿的形式逸出固体表

面进入真空的过程穗为场致电子发射Ｉｌ】。场致电子发射是一种非常有效的电子发射方式。利用场致电子发射阴极材料制作的电子源器件，在真空微电子领域具有广泛的应用前景１２１。因此，新型场致电子发射材料的研制及基础应用研究是目前材料科学研究领域的热点之一。本论文的研究重点是研制新型场致电子发射硅纳米尖锥并对其场致电子发射特性进行系统的表征，探讨制备机理、场致电子发射物理机制和新型场致电子发射硅纳米尖锥的可能应用前景。在介绍我们韵研究工作之前，下面我们先对场致电子发射的基本原理、几种主要的场致电子发射材料做介绍。

１．１。１场致电子发射基本原理【３１

场致电子发射可以看作是在材料表面发生的电子透射行为，电子从表面透射出去的凡率是电子能量和势垒形状钓函数。根据肖特基效应。在外电场作用下，材料的表面势垒降低。逸出功减小，有利于电子的逸出．因此，电子透射系数也是电子能量与外加电场场强的函数。考虑到材料表面势垒 …… 此处隐藏：12053字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……