场致电子发射薄膜材料研究评述

氧化锌薄膜技术及纳米材料

第2卷 8

第3期

中国材料进展 MATERI S CHI AL NA

Vo. 8 No 3 12 . Ma . 0 9 t2 0

20 0 9年 3月

场致电子发射薄膜材料研究评述 王如志，王波，严辉 (京工业大学材料科学与工程学院，北京北 102 ) 0 14

摘要：场致电子发射 (场发射 )薄膜材料由于在场发射平板显示器、电子源等诸多高性能真空微电子器件上具有广阔的应 用前景，引起了人们广泛的关注与研究兴趣。综述了场发射薄膜材料的理论与实验研究进展，并评述了场致电子发射薄膜材 料研究的瓶颈问题及未来发展方向与趋势。

关键词：场发射；薄膜材料；纳米薄膜

中图法分类号：T 3 3 B 8

文献标识码：A

文章编号：17 3 6 (0 9)3—0 0 0 64— 9 2 2 0 0 0 6— 7

A ii a v e o ed. e t o Em iso Cr tc lRe i w fFil El c r n. si n Th n Fi a e i l i l M t ra s m W ANG z i Ru h .W ANG Bo,YAN i Hu ( o eeo MaeisS i c n nier g e i nvri f eh o g,B in 0 14, hn ) C l g f tr l ce eadE g e n,B in U i syo cn l y e i 10 2 C ia l a n n i jg e t T o jg Ab t c:E tn i n oe t l p l a o so f l s r t xe s ea d p t i pi t n f e a v na a c i d—e cr i l t n—e sinti fm m t i s nf l e i i i l e o mi o n i a r l i ed m s o ds a s h l ea i sn py ( E, l t ns uc, n te hg F D) ee r o re a doh r i co h—p r r a c a u m m c eet ncd v e a ea r tdit e t a da e— e om n evc u i o lc o i e i sh v t a e e s n t n f r r c tc nr s t t n f n e e rh r .T e te r t a a d e p r n a e e o me t f ed— ee t n— e s in t i l mae il i i so o ma y rs a c e s h h o ei l n x e me

tl v l p n l— lc r miso h n f m tr s s c i d of i o i a b e y r ve d Ke rb e,t e d r ci n ff t r e e o me t n t d e e a d n ed—e e t n—e s in il r f e iwe . y p o lms h i t s o u u e d v l p n,a d s i s r g r i g f l e o u i lc r o miso t n fl m ae il r lo p n e ut hi m tra sa e as oit d o . i

Ke wo d y r s:f l e i i; hn fm m t a: a ofms i d m s o ti i a r l n n l e sn l e s i i

1前言 最近 2 O年，平板显示器技术高速发展。据 Dsly i a— p

究的热点。然而，一些工艺简单的场发射材料因性能不

够好未能走向器件化，另一些可器件化应用的场发射材 料却因为工艺复杂与成本高昂未能实现规模化生产。场

Sac erh网站的市场报告，2 0 0 8年全球平板显示器领域的营收接近 l0 0亿美元，占据了显示器市场总份额的 0 8%。场发射平板显示器 ( E兼有普通阴极射线管显 9 F D)

发射材料或性能不够好或成本高昂，已成为 F D或其 E 它高性能真空微电子器件发展的瓶颈。

场发射材料性能最重要的两个品质因素是电流密度与阈值电压。因为大电流密度意味着高亮度，低阈值电压就意味着低功耗。场发射阴极就结构而言，可分为尖端型与薄膜型]。最初场发射冷阴极结构基于降低阈 值电压的考虑使用尖端型结构，主要是利用尖端局域场

示( R ) C T的高画质及 L D的超薄与低功耗，且在发光 C效率、亮度、视角、抗苛刻环境及数字化控制上具有十 分明显的优势，被认为是最具发展潜力与发展前景的下 一

代平板显示器。高品质的场致电子发射 (发射 )场材 料是 F D产业化及规模化应用的关键所在。另外，场 E发射材料也可应用于高速开关器件、精密电子设备和其它器件的电子源或离子源 (扫描和透射电子显微镜、如 俄歇电镜、隧道显微镜等 )、兼备固态器件和真空器件优点的微波、毫

米波器件、高性能电子枪、各种传感器

强增加的特性 (何场增强 )低其阈值电压。当前比几降 较成熟的尖端场发射冷阴极主要有金属微尖阵列场发射

阴极、硅尖锥阵列场发射阴极、纳米碳管阵列场发射阴极等。金属微尖阵列场发射阴极的设计思想首先由

Si t 16 p d在 9 8年提出[,其优点是发射效率高、发射 n 3 3稳定，但技术难度大、工艺复杂，成本相对过高。硅微 尖阵列场发射阴极本质上是金属微尖阵列思想的一个延伸，其特点是易于集成、工艺相对简单，但其发射电流较小，稳定性差。自 19年纳米碳管问世以来，因 91 为其具有大的发射电流和低的阈值电压被认为是尖端型

件如压力计、磁场计等。这使得场发射材料成为人们研 收稿日期：2009—02一 l3

基金项目：国家自然科学基金 ( 0 0 0 1、北京市科技新星计划 16 4 0 )

( 0 8 0资助 2 0 B1 ) 通信作者：王如志，男，17 9 3年生，副教授