單晶LaB6場發(fā)射二極管陣列研究.pdf

1、以場發(fā)射理論為基礎(chǔ)的真空微電子器件，因其兼具半導(dǎo)體器件體積小、功耗低以及真空電子器件速度快、頻率高、耐高溫、抗輻射的優(yōu)良特性而倍受人們的關(guān)注。場發(fā)射陣列陰極（FEA）作為真空微電子學(xué)的核心內(nèi)容，其性能的好壞直接影響著場發(fā)射器件的總體性能。近年來，人們通過不斷的改進(jìn)FEA的材料、結(jié)構(gòu)及制備工藝等各種措施和手段來提高陰極的總體性能。目前，常見的FEA是通過雙源旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)技術(shù)制備的鉬錐以及結(jié)合半導(dǎo)體制造工藝用濕法或干法腐蝕制備的硅錐陣列。然而，

2、這兩種陰極均存在各自的缺點，如蒸鍍而成的鉬錐與基底的附著力不強(qiáng)，而材料特性使得硅錐的熱穩(wěn)定性差、發(fā)射可靠性低、發(fā)射電流有限等。
　　本課題中，選用單晶六硼化鑭（LaB6）作為FEA的理想材料，因為它具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時具有低功函數(shù)、高導(dǎo)電率以及活性陰極表面等優(yōu)良特性。在FEA結(jié)構(gòu)方面，綜合考慮陰極發(fā)射體品質(zhì)參量及發(fā)射穩(wěn)定性兩方面獲得了最佳的FEA結(jié)構(gòu)形貌。至于LaB6-FEA的制備工藝，考慮到成熟的半導(dǎo)體工藝以及L

3、aB6材料高穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，采用了半導(dǎo)體制造工藝與電化學(xué)腐蝕相結(jié)合的方案。
　　LaB6場發(fā)射陣列的制備工藝主要分為掩模的沉積、掩模的圖案化以及電化學(xué)腐蝕三個部分。實驗中選用SiNx薄膜作為LaB6電化學(xué)腐蝕用掩模材料，并采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）方法制備該薄膜。SiNx薄膜的圖案化工作采用的是半導(dǎo)體工藝中微細(xì)加工技術(shù)，主要包括光刻與刻蝕工藝，實驗中采用投影式曝光及反應(yīng)離子刻蝕（RIE）的方法來完成該掩模的圖案化。