六硼化镧场发射阵列阴极制备的关键工艺研究

场发射阴极阵列(FEA)具有许多独特的优点,如无需加热,可以在室温下工作;发射电流密度比热阴极高几个数量级;可工作在低电压调制下,功耗低;极好的开关特性以及可瞬时启动等。目前场发射阵列阴极的不足主要表现在大面积阴极发射电流密度和发射稳定性还达不到实用要求。本论文从六硼化镧(LaB6)场发射阵列阴极制备中的关键工艺入手,分析了现有LaB6场发射阵列阴极制备工艺中存在的问题,改进了制备工艺,以有效提高场发射阵列阴极的性能,具体包括: 1.材料选择。目前,场发射阴极材料多种多样,但都存在功函数高,稳定性差等问题。与之相比,六硼化镧由于具有良好的热稳定性和化学稳定性、较低的功函数、较高的导电率以及活性阴极表面,因而成为制备场发射阴极阵列的理想材料。 2.制备工艺研究。针对六硼化镧场发射阵列阴极,本实验室前期已开展了大量的研究工作,但是在制备过程中仍存在阵列尖锥被腐蚀、栅极开裂脱落、发射电流不稳定等问题。因此,在保持发射体基本结构不变的情况下,论文针对上述问题提出了改进的方法,围绕阴极制备过程中的关键工艺(镀膜工艺、退火工艺、封装测试等)开展了大量研究工作,对实验中出现的现象和获得的数据进行了详细的分析和讨论,具体工作包括:研究传统的牺牲层制备工艺对尖锥形貌的影响,并制备出新型的复合牺牲层以达到保护尖锥的目的;通过在尖锥底部垫镍铬的方式改变尖锥高度及增加尖锥与硅的结合力;通过退火解决场发射阵列栅极脱落的问题;通过添加高阻保护层以提高阴极发射稳定性,并研究高阻层材料、制作工艺方法与流程对保护层的影响。通过以上实验,部分解决了六硼化镧场发射阵列阴极制备过程中出现的问题,为最终制备出发射性能优良的场发射阵列阴极积累了大量的数据。 3.阴极发射性能测试。采用两种测试系统(静态真空系统测试、动态真空系统测试)对上述获得的六硼化镧场发射阵列阴极进行性能测试,并对测试结果进行了分析和讨论。

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