[发明专利]一种场发射阴极的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于场发射阴极领域，特别涉及一种场发射阴极的制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明提供一种HfNxOy纳米线场发射阴极的制备方法，包括：

Si衬底在丙酮和酒精中分别经超声清洗15min，然后用去离子水冲洗；

采用高纯Ar(99，999％)作为溅射气体，高纯N2(99.999％)作为反应气体；

真空室本底压强1.5×10-1Pa，溅射沉积过程的压强为1.5Pa，溅射时所加电压为400V，电流为0.4A，溅射时间为30min，溅射HfNxOy；

生成后的样品再在管式炉中，不同温度下，NZ气氛中退火2小时。

附图说明

图1不同条件下制备的HfNxOy纳米线样品的SEM图。

图2图2HfNxOy纳米线场发射J-E曲线(a)和F-N曲线(b)。

具体实施方式

本发明提供一种HfNxOy纳米线场发射阴极的制备方法，包括：Si衬底在丙酮和酒精中分别经超声清洗15min，然后用去离子水冲洗；采用高纯Ar(99，999％)作为溅射气体，高纯N2(99.999％)作为反应气体；真空室本底压强1.5×10-1Pa，溅射沉积过程的压强为1.5Pa，溅射时所加电压为400V，电流为0.4A，溅射时间为30min，溅射HfNxOy；生成后的样品再在管式炉中，不同温度下，NZ气氛中退火2小时。

图1给出了室温下沉积的以及不同退火温度下的HfNxOy薄膜的SEM图。退火温度分别为500℃、600℃、700℃、800℃、900℃。

从图可以看出，退火前和退火后的HfNxOy薄膜都是由纳米级的颗粒组成的。随着退火温度的升高，颗粒尺寸变得稍大一些。但总的来说，退火对薄膜表面形貌产生的影响不大。

图2给出了室温下沉积的以及不同退火温度下的HfNxOy薄膜的场发射J-E曲线和相应F-N曲线。退火温度分别为500℃、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃。由图看出，随着退火温度的升高HfNxOy薄膜的场发射特性变好。当退火温度超过800℃时，场发射特性又变差。在800℃退火温度下，薄膜具有最小的开启电场，最大的电流密度，在24V/μm的电场下，电流密度可以达到4700μA/cm2。随着退火温度的变化，HfNxOy薄膜内部的组成相发生变化；表面突起引起的场增强因子β不同。随着退火温度升高，薄膜中β-Hf7N8O4相增多。据文献报道β-Hf7N8O4，相有利于场发射。但当退火温度超过800℃，虽然HfNxOy薄膜内均匀分布的纳米锥状突起使场增强因子β增大，但是其β-Hf7N8O4相减少，而且Hf-N键含量减少，Hf-O含量增多，减少了电子传输的通道，使得场发射特性又变差。图2(b)给出了相应的F-N曲线。可以看出，退火后的薄膜在高场下F-N曲线的斜率基本相同。

HfNxOy薄膜ENH具有较好的场发射特性，其导电相HfN的含量对发射特性产生重要影响。