水熱法制備氧化鋅納米線場發(fā)射特性優(yōu)化及集成微加工工藝研究.pdf

1、水熱法制備ZnO納米線的場發(fā)射特性研究是目前真空微納電子領(lǐng)域的一個熱點課題。主要原因之一是采用水熱法可以在玻璃和金屬等不同基底上實現(xiàn)大面積納米線的低溫制備(＜100℃)，非常有利于材料與帶柵真空微納電子器件結(jié)構(gòu)的集成。帶柵真空微納電子器件的研制，主要目的是實現(xiàn)低壓驅(qū)動，然而，水熱法制備的ZnO納米線晶化程度較差、電阻率偏高、納米線與襯底的接觸電阻較大，其場發(fā)射特性還滿足不了帶柵器件的應(yīng)用要求。因此，尋求優(yōu)化ZnO納米線場發(fā)射特性的工藝方

2、法并將其應(yīng)用到帶柵器件結(jié)構(gòu)中，以及探索納米線帶柵器件結(jié)構(gòu)集成微加工工藝，對促進(jìn)ZnO納米線在真空微納電子領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。
　　 本論文首先研究了ZnO納米線表面沉積Pt納米顆粒對其場發(fā)射特性的影響規(guī)律。我們制備了表面附著有不同密度Pt納米顆粒的ZnO納米線樣品。測試結(jié)果表明，當(dāng)Pt納米顆粒在ZnO納米線表面未形成連續(xù)膜，顆粒的附著不僅不能優(yōu)化ZnO納米線的場發(fā)射特性，反而對電子發(fā)射存在抑制作用，開啟電場從沉積Pt納米顆粒前的

3、～8.3 V/μm上升到～10 V/μm，最大電流密度從～8.2 mA/cm2(電場為～17 V/μm)下降到～2.5 mA/cm2(電場為～26 V/μm)。我們認(rèn)為這是由于Pt納米顆粒未形成連續(xù)膜，對發(fā)射電子從納米線底部到頂端的輸運未能起增強作用，而在頂端位置ZnO與Pt顆粒之間存在接觸勢壘，限制了電子的發(fā)射效率。當(dāng)Pt納米顆粒在ZnO納米線表面形成連續(xù)膜，納米線的場發(fā)射開啟和閾值電場未有明顯降低(分別為～10 V/μm和～25 V

4、/μm)，但最大電流密度明顯提高，達(dá)～32mA/cm2(電場為～29 V/μm)。這是因為納米線電導(dǎo)得到提高，電子直接在Pt膜中輸運和發(fā)射，從而提高了納米線場發(fā)射電流承載能力。
　　 其次，論文研究氧化鋅納米線的定位制備及其與帶柵真空微電子器件結(jié)構(gòu)集成微加工工藝。我們設(shè)計了兩套微加工工藝，即犧牲層剝離法和自對位法，分別實現(xiàn)了柵極表面無納米線附著的帶柵氧化鋅納米線器件結(jié)構(gòu)。論文對上述兩套微加工工藝進(jìn)行了分析比較，指出自對位法在實現(xiàn)