一种场发射阴极的制备方法技术

本发明专利技术提供一种InN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：先通过CVD的方法在沉积了一层Au的Si衬底上生长InN样品；把盛有Si衬底和高纯金属In的钨舟放入管式炉内的石英管中；随后，用机械泵对石英管抽气，把石英管的温度升到某一固定值；再通NH3和Ar的混合气体；自然冷却到室温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于场发射阴极领域，特别涉及。
技术介绍
FED显示器件面临的主要困难除了真空封装等问题外，均来自于阴极制作工艺。控制场发射的均匀性和稳定性、降低驱动电路成本等难点都直接受FED阴极材料和结构的制约。Spindt型器件要求在一个像素点大小范围内制作成百上千的“尖锥加圆孔”阴极阵列。这使光刻工艺和薄膜制备十分复杂，制作成本也非常昂贵。阴极制作工艺的难题也造成了尖锥阵列形状的均匀性较差，器件整体稳定性不理想，导致Spindt型FED的进一步发展非常困难。金属材料场发射闺值电压较高,容易被氧化而影响发射稳定性；Spindt型Mo金属微尖阵列技术难度高、设备昂贵、工艺复杂；Si场发射微尖阵列是由于制备微尖工艺的复杂性和大面积制作的困难；单晶金刚石薄膜制备难度大、成本高；多晶金刚石、纳米晶金刚石以及类金刚石难获得大面积、均匀性良好的薄膜，而且电子发射点的均匀性及稳定性、可靠性等也存在问题；碳纳米管主要困难在于如何解决电子发射的稳定性和均匀性以及阴极结构的组装等问题。所以近年来，场发射研究工作者们一直致力于寻找一种场发射性能优越的新材料。目前，研究者们的注意力集中在宽带隙半导体材料上。这是因为宽带隙半导体材料具有成为良好的场发射阴极材料的独特性质，而且实验上也不断验证了宽带隙半导体材料确实比金属具有更为优异的场发射特性。
技术实现思路
本专利技术提供一种InN纳米线场发射阴极的制备方法，包括先通过CVD的方法在沉`积了一层Au的Si衬底上生长InN样品；沉积Au薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；把盛有Si衬底和高纯金属In (99. 999% )的钨舟放入管式炉内的石英管中，顺着气流的方向依次放金属In和Si衬底；Si衬底放置在气流的下端，和金属In的距离为3mm ；随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到SXKT1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；再通NH3 (99. 999% )和Ar (99. 999% )的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3. 5Torr,生长30min ；自然冷却到室温。附图说明图1不同条件下制备的InN纳米线样品的SEM2图2InN纳米线场发射J-E曲线(a)和F-N曲线(b)具体实施例方式本专利技术提供一种InN纳米线场发射阴极的制备方法，包括先通过CVD的方法在沉积了一层Au的Si衬底上生长InN样品；沉积Au薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；把盛有Si衬底和高纯金属In (99. 999% )的钨舟放入管式炉内的石英管中，放金属In和Si衬底；Si衬底放置在气流的下端，和金属In的距离为3mm;随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到ZXlO-1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；再通ΝΗ3(99· 999% )和Ar(99. 999% )的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3. 5Torr,生长30min ;自然冷却到室温。首先利用SEM研究了温度和气体流量对样品形貌的影响。图1给出了在不同温度和不同气体流量下生长了 30min的InN样品的SEM图。图1是在T=550°C、NH3/Ar比例不同、生长时间不同的条件下制备的样品的SEM图。从图1(a)和(b)可以看出，在T=550°C、NH3/Ar=5/I条件下,分别生长了 90min和30min样品均没有典型的纳米线纳米线生成。无Ar气时，生成了典型的纳米线，其长度已经接近I μ m,且密度不是很大，这对于场发射来说是有利的，因为密度太大，会造成场屏蔽效应。图2是在T=550°C、NH3/Ar比例不同生长时间不同的情况下生长的InN纳米线的场发射特性曲线。如果定义电流密度达到ΙΟμΑ/cm2时所需的电场为开启场，那么从图2(a) J-E曲线可以看出，与图2(a-c)对应的样品的开启电场分别为13. 6v/ymU2. 5ν/μ m和10. Ov/ μ m，在24v/ μ m的电场下，对应的电流密度分别为1330 μ A/cm2、3629 μ A/cm2和5333yA/cm2。比较(a)图的这几条曲线后发现，在无Ar气的条件下生长的纳米线的场发射开启电场最小，而且在相同电场下得到 的电流密度最大，这是因为无Ar气的条件下生长的纳米线的长度最长，直径最小。从图2(b)可以看出，InN纳米线的F-N曲线并非传统形式上的直线，而是非线性的，并且由两段组成。这种两段的F-N曲线形式在文献中也报道过，而且我们在以前的实验中也得到了这样的曲线形式，并对此现象做了解释，认为是由于低场下的热电子发射引起的「71]。但是我们认为此处的非线性并非仅仅是由于低场下的热电子发射引起的。我们在生长纳米线之前在Si衬底上沉积了一层2nm厚的Au薄层。研究证明，Au和Si衬底在350-360°C时就可以发生共晶反应，从而形成合金。我们的InN纳米线的生长温度是550°C，所以形成了 Au-Si合金。由于Au-Si合金层的存在，使得电子要渡越两个界面，发生两次隧穿过程，这也是F-N曲线非线性的一个原因。因为在半导体上加外电场，电场将透入半导体内部，这就是外电场的渗透效应。由于场渗透效应，能带发生倾斜，倾斜的角度将跟场强成正比，所以低场下这种两个界面的存在不利于电子发射，但高场下，能带弯曲比较大，场渗透的深度也就较大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InN纳米线场发射阴极的制备方法，包括：先通过CVD的方法在沉积了一层Au的Si衬底上生长InN样品；沉积Au薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗；把盛有Si衬底和高纯金属In(99.999％)的钨舟放入管式炉内的石英管中，顺着气流的方向依次放金属In和Si衬底；Si衬底放置在气流的下端，和金属In的距离为3mm；随后，用机械泵对石英管抽气，当石英管中的真空度达到2×10?1Torr时，把石英管的温度升到某一固定值；再通NH3(99.999％)和Ar(99.999％)的混合气体，使炉内的温度保持在这一固定值，NH3气和Ar气的的流量固定在某一值，管子的气压维持在3.5Torr，生长30min；自然冷却到室温。

【技术特征摘要】
1.一种InN纳米线场发射阴极的制备方法，包括先通过CVD的方法在沉积了一层Au的Si衬底上生长InN样品；沉积Au薄层前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中经过超声清洗，再用去离子水冲洗； 把盛有Si衬底和高纯金属In (99. 999% )的钨舟放入管式炉内的石英管中，顺着气流的方向依次放金属In和Si衬底；Si衬底放置在气流的下端，和金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明刚，王雪梅，孟宪斌，
申请(专利权)人：青岛润鑫伟业科贸有限公司，
类型：发明
国别省市：