FED场致发射显示器

知识点：场致发射显示器

1.场致发射显示器的基本原理。

在真空度为10^-5Torr，栅极距离阴极约1~2μm下，在栅极和阴极间加上高电场，使得阴极产生场致发射。电子在阳极与栅极间加速并轰击荧光粉，使之发光，从而实现显示。

原理图如图所示：

2.简述Spindt型金属微尖场发射阴极结构的制作过程。P252

①首先在玻璃衬底上沉积并刻蚀出钼和非晶硅电阻层构成的行电极（也称阴极），再沉积二氧化硅绝缘层和栅极金属层，如图（a）

②各层的厚度与栅孔直径有关。对于直径1μm的栅孔，从下往上各层的典型厚度为100nm，200nm，1μm和100nm。光刻胶作掩模，用干法刻蚀出列电极。再做一次栅极孔的掩模光刻，并用干法刻蚀出栅极微孔和绝缘层上的空腔，如图(a)~(e)，用的刻蚀气体分别为六氟化硫和三氯甲烷。

③去除光刻胶后，用电子束蒸发厚度200nm左右的牺牲层铝膜，如图(f)

④蒸发时衬底所在平面与蒸发束流方向成大约45°，衬底需要自转。在这个过程中，应确保铝膜不蒸发到底电极上。下一步是蒸发钼尖，衬底平面与蒸发束流方向垂直。蒸发过程中。栅极孔径不断缩小，直至最后封死，发射体从圆台逐渐变成圆锥体，如图(g)

⑤最后一步是将牺牲层连同其上蒸发的钼膜一起在氢氧化钠溶液中去除，如图(h)，一个能进行行列寻址的微尖发射阵列就制作完成

3.为什么一维纳米材料成为冷电子发射阴极的研究热点？

一维纳米材料

优点：①生长遵循“自下而上”自组装机制，可以突破微加工的瓶颈;

     ②很大的长度/直径比，具有理想的场发射几何形状；

     ③在制备过程中有可能控制其生长方向和生长间距，以获得更好的场发射性能；

缺点：①可控制备仍然是一个有待解决的难题；

     ②纳米材料与衬底的结合力比较弱；

     ③发射过程中纳米材料的结构被破坏，直接影响了寿命

CNTs薄膜作为冷阴极的主要优点：产量大；可以用丝网印刷法制作阴极，工艺简单

CNTs作为冷阴极材料的主要问题：手性不能选择，即电学性能不可控；催化生长，催化剂去除困难。

 

4.如何提高阴极材料在场发射中的均匀性？

实际采用的方法是老化：即在场发射器件封装前，对阴极进行一次较大电流的场发射放电。

这样做的目的主要是把那些场发射性能太突出的微尖烧毁，因此改善了场发射的均匀性。此外，由于这些场发射性能很好的微尖被除去，使得阴极中大多数微尖都能参与发射，每个微尖提取的电流相对较小，从而微尖可以保持稳定，不易被烧毁或解体

 

5.BSD的工作原理P274

原理图如下：

原理：阳极化过程形成的多孔结构实际上是由纳米颗粒组成的，快速氧化过程使得纳米晶粒和周围多品硅颗粒表面形成一层二氧化硅。由于热发射，电子从基底进入到多孔硅中。电子和纳米晶粒之间的碰撞概率很小，导致电子在纳米晶粒中的平均自由程远远大于体硅材料中的自由程，因此被认为是准弹道电子。由于氧化层的存在，得以在多孔硅层中施加强电场。在这种强场作用下，电子向栅极运动，获得几个电子伏特的能量，并通过金层发射到真空中。

6.SED的工作原理P274

原理图如下：

原理：SED阴极结构完全是平面型，即阴极和引出电极在一个平面内，在制造工艺上间隙上沉积了一层二氧化锡薄膜，由于膜很薄，呈非连续的孤岛状，孤岛之间存在一些导电通道。在真空条件下，在两个电极之间施加电压，当电流达到一定值时，一些导电通道就会被烧掉。这一过程持续数小时，直至所有导电通道都被烧掉后，这时通过两极之间的电流是靠场发射过程实现的。如图所示，图表示了孤岛之间的电场分布和电子发射情况。电子从一个孤岛发射到达下一个孤岛，实现了表面传导。在阴极板上面放置阳极，孤岛之间通过真空传导电子中的一部分就会在电压的作用下到达阳极。

7.MIM的工作原理P276

图一为MIM阴极结构

其发射电子原理如图二所示

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