一种具有低阈值电场的硅基场发射阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有低阈值电场的硅基场发射阴极材料及其制备方法。该场发射阴极材料可为ＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ，并且具有如下特征：直接带隙半导体且带隙宽度应介于３ｅＶ至７ｅＶ，能形成六方纤锌矿结构，且材料沿六方纤锌矿结构的（００２）晶向择优生长；其厚度大于２０ｎｍ小于５０ｎｍ；同时具备六方相和非晶相。该场发射阴极材料的制备方法为：以硅为基底材料，分别经过预处理和ＨＦ酸浸泡后，在基底上进行激光脉冲沉积一定厚度的薄膜，从而得到最终产品。本发明专利技术所提供的制备工艺简单易行，制备的材料具有低阈值电场，高发射电流密度的电子发射特性，且该阴极结构以硅为基底，易于与其他微电子器件集成，是制造真空微电子器件的理想阴极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于场发射阴极材料领域，具体涉及一种硅基半导体薄膜材料及其制备技术，特别涉及半导体纳米薄膜表面形貌以及取向和结晶性的控制技术。该材料可用于高效 的电子发射装置，尤其适用于场发射平板显示器的阴极。
技术介绍
场发射阴极制备技术是以场发射平板显示器(FED)为主的真空微电子器件的关 键技术和研究热点。单晶硅作为当代电子工业重要的半导体材料，具有工艺成熟、质量高、 低成本、易掺杂等难以取代的特性。更为重要的是以其为基础的硅基场发射阴极易于实现 与驱动电路及各种微电子器件的集成，具有巨大的应用潜力。目前，存在着三种普遍的硅基 场发射材料及其相应的阴极结构。 其一采用单晶硅微尖阵列结构，但硅本身功函数高、导电导热性能都较差，导致硅 微尖阵列不仅阈值电场很高、发射性能不稳定，且该结构需要复杂的光刻及相关技术大幅 提高了其生产成本。 其二采用单晶硅为基底，在其上生长以碳纳米管(CNT)为代表的一维纳米结构 阴极，该结构具有在极低电场下发射高密度电子的能力。然而，该结构阴极场发射均匀性 较差，而近年来也已公开[Nature 451,168(2008)， Nano Letters 9,25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低阈值电场的硅基场发射阴极材料，其特征在于：１）该场发射阴极材料为直接带隙半导体且带隙宽度应介于３ｅＶ至７ｅＶ，能形成六方纤锌矿结构，可采用如下半导体材料：ＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ；２）该场发射阴极材料沿六方纤锌矿结构的ｃ轴，即（００２）晶向垂直于基底方向择优生长；３）该场发射阴极材料厚度大于２０ｎｍ小于５０ｎｍ；４）该场发射阴极材料同时具备六方相和非晶相，通过薄膜厚度或掺杂浓度可控制六方相和非晶相比例；５）该场发射阴极材料在场发射电流密度为１ｍＡ／ｃｍ↑［２］时，所需施加的电场强度介于０．５Ｖ／μｍ至３Ｖ／μｍ。

【技术特征摘要】
一种具有低阈值电场的硅基场发射阴极材料，其特征在于1)该场发射阴极材料为直接带隙半导体且带隙宽度应介于3eV至7eV，能形成六方纤锌矿结构，可采用如下半导体材料GaN、AlN、BN、ZnO、ZnS；2)该场发射阴极材料沿六方纤锌矿结构的c轴，即(002)晶向垂直于基底方向择优生长；3)该场发射阴极材料厚度大于20nm小于50nm；4)该场发射阴极材料同时具备六方相和非晶相，通过薄膜厚度或掺杂浓度可控制六方相和非晶相比例；5)该场发射阴极材料在场发射电流密度为1mA/cm2时，所需施加的电场强度介于0.5V/μm至3V/μm。2. —种具有低阈值电场的硅基场发射阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1) 选择硅作为基底材料；2) 基底的预处理将基底硅依次用甲苯、丙酮、乙醇充分超声清洗后，用去离子水冲 洗，用体积比为l : 2 : 5的氨水、双氧水、去离子水的混合液煮沸基底硅30min，用去离子 水冲洗干净，用乙醇浸泡保存；3) 将经预处理的基底硅经HF酸浸泡后，用去离子水冲洗后用高纯氮气将基底表面的 去离子水吹干，将基底硅放入激光脉冲沉积系统；4) 沉积薄膜抽真空，调整背底真空为1 X 10—3Pa 1 X 10—5Pa，通入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王如志，赵维，汪浩，严辉，王波，宋雪梅，朱满康，侯育冬，张铭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]