專利名稱：一種硅基表面電子發(fā)射器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基表面電子發(fā)射器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
1961年，K. R. Shoulders提出了基于場(chǎng)發(fā)射陰極陣列的微電子裝置的設(shè)想； 1968年，C. Spindt第一次研制出場(chǎng)發(fā)射陰極陣列；直到1985年，法國(guó)LETT的 A. Ghis等人用場(chǎng)發(fā)射陰極陣列發(fā)射電子激發(fā)熒光粉，制備出第一臺(tái)場(chǎng)發(fā)射顯示 器，從而引發(fā)了場(chǎng)發(fā)射顯示器的研究熱潮(參考文獻(xiàn)K. R. Shoulders, Adv. Comput. 2， 135 (1961); C. A. Spindt， J. Appl. Phys, 39, 3504 (1968); A. Ghis ". a/.， 正EE Trans. Electron. 38, 2320 (l993))。場(chǎng)發(fā)射顯示器繼承了傳統(tǒng)的陰極射線管 顯示器在亮度、灰度、色彩、分辨率和響應(yīng)速度方面的優(yōu)勢(shì)，此外，場(chǎng)發(fā)射顯 示器還具有薄型、低功耗、自發(fā)光、工作電壓低、工作環(huán)境溫度寬、無(wú)X射線 輻射等優(yōu)點(diǎn)，具有非常好的發(fā)展前景。電子發(fā)射器件是場(chǎng)發(fā)射顯示器的關(guān)鍵組 件，高性能的電子發(fā)射器件的發(fā)展對(duì)場(chǎng)發(fā)射顯示器具有非常重要的意義。然而， 在電子發(fā)射器件中，現(xiàn)在常用的尖錐形發(fā)射體陣列、以及處于研究階段的碳納 米管等的制作工藝都比較復(fù)雜，并且高場(chǎng)下的發(fā)射穩(wěn)定性和使用壽命都不太理 想，限制了場(chǎng)發(fā)射顯示器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高發(fā)射電子能量，高場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性好的硅 基表面電子發(fā)射器件及其制備方法。
本發(fā)明的硅基表面電子發(fā)射器件，其特征是在n型硅襯底的正面沉積有Si02
或入1203薄膜層，在Si02或Al203薄膜層上沉積有柵電極，在硅襯底背面沉積有
歐姆接觸電極。
發(fā)明的硅基表面電子發(fā)射器件的制備方法，包括以下步驟
1) 對(duì)電阻率為0.005-50歐姆，厘米的n型硅片進(jìn)行清洗；
2) 利用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠一凝膠法在硅 片上沉積Si02或A1203薄膜；
3) 在Si02或Al203薄膜上濺射柵電極，在n型硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
上述的熱氧化法，是將硅片在800-1000。C于氧氣氛下熱處理l-4小時(shí)，氧 化得到Si02薄膜；通過(guò)改變熱氧化的溫度和時(shí)間，可以調(diào)節(jié)Si02薄膜的厚度。上述的化學(xué)氣相沉積法，是以正硅酸四乙酯(TEOS)為氣源，在300-500。C 的沉積溫度和80-120Torr的工作壓強(qiáng)下沉積得到&02薄膜；通過(guò)改變沉積溫度 和工作壓強(qiáng)，可以調(diào)節(jié)Si02薄膜的絕緣性能和厚度；
上述的蒸發(fā)法，是以藍(lán)寶石顆粒為蒸發(fā)源，利用電子束蒸發(fā)方法沉積八1203 薄膜；通過(guò)改變沉積時(shí)間，可以調(diào)節(jié)八1203薄膜的厚度。
上述的濺射法，是以Al為靶材，在沉積溫度為150-300。C、濺射功率為80-120 W、 02和Ar的流量比為1:2-3:1、工作壓強(qiáng)為2-10Pa的條件下，沉積得到A1203 薄膜；通過(guò)改變沉積溫度、濺射功率、02和Ar的流量比以及工作壓強(qiáng)，可以調(diào) 節(jié)A1203薄膜的絕緣性能和厚度。
上述的溶膠一凝膠法，是將硝酸鋁溶于二甲基甲酰胺中，制備成A1的摩爾 濃度為0.5-1.2M的前驅(qū)體溶液，在轉(zhuǎn)速為3000-5000轉(zhuǎn)/分鐘下旋涂30-60秒， 旋涂后烘干，然后在600-800。C于氧氣下熱處理2小時(shí)；通過(guò)改變前驅(qū)體溶液中 Al的摩爾、旋涂轉(zhuǎn)速和時(shí)間，可以調(diào)節(jié)A!203薄膜的厚度，通過(guò)改變熱處理溫 度，可以調(diào)節(jié)八1203薄膜的絕緣性能。
本發(fā)明的有益效果在于此硅基表面電子發(fā)射器件可以用于制備場(chǎng)發(fā)射顯
示器，Si02或Al203薄膜的存在使得發(fā)射電子具有較高的能量，該平面結(jié)構(gòu)的電
子發(fā)射器件可以解決尖錐形發(fā)射體陣列和碳納米管所遇到的制作工藝復(fù)雜、高 場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性低等問(wèn)題，此外，器件制備工藝與現(xiàn)行成熟的硅器件平面工藝兼 容。


圖1是硅基表面電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)示意圖2是硅基表面電子發(fā)射器件在不同的正向偏壓下激發(fā)器件表面空氣中的 氮微等離子發(fā)光譜。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，發(fā)明的硅基表面電子發(fā)射器件，在硅襯底1的正面沉積有Si02
或八1203薄膜層2，在Si02或Al203薄膜層上沉積有金屬電極作為柵電極3，在
硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極4作為陰極。 實(shí)施例1
釆取如下工藝步驟
1)清洗11型<100>，電阻率為0.005歐姆'厘米、大小為15xl5mm2、厚度為 675微米的硅片；2) 將硅片在900。C于氧氣氛下熱處理2小時(shí)，得到厚度為30nm的Si02薄
膜；
3) 在Si—02薄膜上濺射20nm厚的An膜作為柵極，在硅襯底背面濺射lOOnm 厚的Au膜作為歐姆接觸電極。
實(shí)施例2
采取如下工藝步驟
1) 清洗11型<100〉，電阻率為0.5歐姆'厘米、大小為15xl5mm2、厚度為675 微米的硅片；
2) 以正硅酸四乙酯(TEOS)為氣源，利用化學(xué)氣相沉積方法在硅片上沉 積厚度為100 nm的SiCV薄膜，沉積溫度為500°C，工作壓強(qiáng)為100Torr;
3) 在SiO2薄膜上濺射20nm厚的Al膜作為柵極，在硅襯底背面濺射100nm 厚的Au膜作為歐姆接觸電極。
實(shí)施例3
采取如下工藝步驟
1) 清洗n型<100>，電阻率為50歐姆'厘米、大小為15xl5mm2、厚度為675 微米的硅片；
2) 以藍(lán)寶石顆粒為蒸發(fā)源，利用電子束蒸發(fā)方法在硅片上沉積厚度為100 nm的A1203薄膜；
3) 在A1203薄膜上濺射30nrn厚的Au膜作為柵極，在硅襯底背面濺射lOOnm 厚的Au膜作為歐姆接觸電極。
實(shí)施例4
采取如下工藝步驟
1) 清洗n型<100>，電阻率為0.08歐姆'厘米、大小為15xl5mm2、厚度為675 微米的硅片；
2) 以Al為靶材，利用直流反應(yīng)磁控濺射法在硅片上沉積厚度為50 nm的 Al2Cb薄膜，濺射時(shí)，襯底溫度200°C、濺射功率80 W、通以02和Ar混合氣體， 02和Ar的流量比為3: 1，工作壓強(qiáng)為5Pa;
3) 在A1203薄膜上濺射20nrn厚的Al膜作為柵極，在硅襯底背面濺射100nm 厚的Au膜作為歐姆接觸電極。
實(shí)施例5
采取如下工藝步驟
1)清洗11型<100〉，電阻率為6歐姆'厘米、大小為15xl5mm2、厚度為675微米的硅片；
2)將硝酸鋁溶于二甲基甲酰胺中，制備成Al的摩爾濃度為0.6M的前驅(qū)體 溶液，在硅片上旋涂吋，旋涂轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間為30秒，得到厚 度為100 nm的A1203薄膜，旋涂后在80。C下烘干10分鐘，然后在650°C于氧 氣下熱處理2小時(shí)；
3 )在A1203薄膜上濺射20nm厚的Au膜作為柵極，在硅襯底背面濺射lOOnm 厚的Au膜作為歐姆接觸電極。
圖2給出了實(shí)例1獲得的硅基表面電子發(fā)射器件在27.5、 28.5和29.0V的 正向偏壓下激發(fā)器件表面氮微等離子發(fā)光譜(正向偏壓時(shí)，負(fù)壓加在硅襯底上)。 從圖2可以看出，此硅基表面電子發(fā)射器件發(fā)射出的電子足以激發(fā)器件表面空 氣中氮?dú)獾玫椒€(wěn)定的微等離子體發(fā)光，產(chǎn)生峰位位于約316nm、 337nm、 358nm 和380nm的發(fā)光峰，分別對(duì)應(yīng)于N2的第二正帶系中(v'—v")為(1—0)、 (0—0)、 (0—1)和(0—2)的躍遷(其中，v鄰v"分別為上能級(jí)和下能級(jí)的振動(dòng)量子數(shù))。并 且，隨著正向偏壓的增大，發(fā)射電子的數(shù)量增多，所具有的能量增高，從而激 發(fā)氮?dú)猱a(chǎn)生更強(qiáng)的微等離子體發(fā)光。其他實(shí)例獲得的硅基表面電子發(fā)射器件也 可以在正向偏壓下激發(fā)器件表面的氮?dú)獾玫较嗨频奈⒌入x子體發(fā)光，只是由于 制備方法的不同，所需要的工作電壓稍有差別，但都保持在20-30V的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅基表面電子發(fā)射器件，其特征是在n型硅襯底(1)的正面沉積有SiO2或Al2O3薄膜層(2)，在SiO2或Al2O3薄膜層上沉積有柵電極(3)，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極(4)。
2. 根據(jù)^l利要求1所述的硅基表面電子發(fā)射器件的制備方法，其特征是包括 以下步驟1) 對(duì)電阻率為0.005-50歐姆'厘米的n型硅片進(jìn)行清洗；2) 利用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠一凝膠法在硅 片上沉積Si02或A1203薄膜；3) 在Si02或Al203薄膜上濺射柵電極，在n型硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基表面電子發(fā)射器件及其制備方法。該器件在n型硅襯底的正面沉積有SiO₂或Al₂O₃薄膜層，在SiO₂或Al₂O₃薄膜層上沉積有柵電極，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極。其制備步驟如下先清洗n型硅片；然后用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠-凝膠法在硅片上沉積SiO₂或Al₂O₃薄膜；再在SiO₂或Al₂O₃薄膜上濺射柵電極，在硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。本發(fā)明的硅基表面電子發(fā)射器件具有較高發(fā)射電子能量，高場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性好，可以用于制備場(chǎng)發(fā)射顯示器。器件制備工藝簡(jiǎn)單，與現(xiàn)行成熟的硅器件平面工藝兼容。
文檔編號(hào)H01J29/04GK101286430SQ200810062159
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者李東升, 楊德仁, 陳培良, 馬向陽(yáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)