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真空科学与技术学报 2015年第11期35卷 1390-1395页

作者：薛涛张小宁刘纯亮西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室西安710049

针对基于无孔Al_2O_3绝缘层的金属-绝缘层-金属(mim)电子源存在显著负阻效应和无法在气氛下稳定发射电子的特点,提出并制备了一种Al底电极-多孔Al_2O_3绝缘层-Ti/Au复合顶电极结构的mim电子源。在真空,不同压强的氮气和空气中的电子发... 详细信息

针对基于无孔Al_2O_3绝缘层的金属-绝缘层-金属(mim)电子源存在显著负阻效应和无法在气氛下稳定发射电子的特点,提出并制备了一种Al底电极-多孔Al_2O_3绝缘层-Ti/Au复合顶电极结构的mim电子源。在真空,不同压强的氮气和空气中的电子发射结果表明,Al_2O_3绝缘层经过磷酸扩孔后,mim电子源的负阻效应在电子发射区间几乎消失,同时增强了电子发射的局部电场,电子获得更好的加速,提高了发射电流。Ti/Au复合顶电极改善了Au膜和多孔Al_2O_3绝缘层的电接触,减小了电子能量的散射。该电子源发射的电子能够激发氮气,在空气和氮气中的发射电流大小受气体及其压强的影响。

关键词：多孔Al2O3 mim电子源电子发射特性负阻效应

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基于多孔Al2O3薄膜电子场发射器件的制备及性能研究

基于多孔Al2O3薄膜电子场发射器件的制备及性能研究

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作者：张云陕西科技大学

学位级别：硕士

紫外光源可应用于环保、能源、加工照明、医疗、生物和国防等领域,但无汞紫外辐射源输出效率低,制约了紫外辐射源的发展和广泛应用。因此,研究新的紫外辐射机理、发光材料和器件,获得高效率的紫外辐射技术,是当前紫外光源研究首要解决... 详细信息

紫外光源可应用于环保、能源、加工照明、医疗、生物和国防等领域,但无汞紫外辐射源输出效率低,制约了紫外辐射源的发展和广泛应用。因此,研究新的紫外辐射机理、发光材料和器件,获得高效率的紫外辐射技术,是当前紫外光源研究首要解决的科学问题。电子直接激发气体发光是摆脱这一困境的有效途径。本文采用阳极氧化工艺分别在草酸、硫酸、磷酸溶液中对Al膜进行电化学氧化,制备出了金属-绝缘层-金属(Metal-Insulator-Metal,mim)场发射电子源。当采用浓度4%的硫酸、草酸、磷酸溶液作为电解液制备多孔氧化铝时,草酸溶液制备出氧化铝样品发射性能更好。随后采用20 V、30 V、40 V氧化电压,以及3%、5%、8%浓度的草酸溶液对氧化铝薄膜的制备工艺进行了优化,实验结果表明,当氧化电压为20 V、器件电压为17.5 V时的器件发射效率达到了 0.15%。当草酸电解液浓度达5%、器件电压为30.5 V时,器件的电子发射电流密度达到212.2μA/cm2,负阻效应减弱,器件电流峰谷比值接近于1,样品的稳定性得到改善。用4%磷酸溶液对采用草酸电化学氧化后的多孔氧化铝样品进行扩孔处理,电子源的电子发射电流密度由220 μA/cm2增加至550 μA/cm2。采用快速热处理工艺在300℃氮气环境下对多孔氧化铝薄膜进行处理,减少了薄膜样品中的缺陷,电子发射电流密度达到1.2mA/cm2,电子发射效率22.2%,电子发射的涨落小于5.32%,大幅提高了器件的性能和稳定性。研究了 mim电子源在氮气和氙气环境下的电子发射特性,发现气压在10-2Pa到101 Pa区间时,电子发射不受气压的影响。当氮气气压3.9Pa,氙气气压达到5.0×102 Pa时,发射电子激发或电离了气体,电子发射有明显的增强。该研究为下一步开发无放电激发气体紫外光源奠定了基础。

关键词： mim电子源多孔氧化铝电子发射负阻效应退火

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