利用磁控濺射、光刻和剝離技術(shù)在玻璃基底上成功制備了平柵型氧化錫表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源，并測(cè)試其場(chǎng)發(fā)射性能。掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡測(cè)試表明，沉積在陰極和柵極之間的氧化錫為不連續(xù)薄膜，直徑大約在100~200nm。場(chǎng)發(fā)射測(cè)試表明，電子發(fā)射源的傳導(dǎo)電流和發(fā)射電流完全被柵壓控制。在陽(yáng)壓和柵壓分別為3200V和210V時(shí)，陰陽(yáng)間距為500Lm時(shí)，平柵型氧化錫表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的電子發(fā)射效率為0.85%，發(fā)光亮度為850cd/m2，表明氧化錫薄膜在表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源方面有著較好的應(yīng)用潛力。

　　氧化錫(SnO2)是一種禁帶寬度為3.6eV(300K)的n型半導(dǎo)體氧化物，在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)，由于具有低的電阻率、高的透過(guò)率、穩(wěn)定的熱學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于透明電極、液晶顯示器、場(chǎng)發(fā)射、太陽(yáng)能電池和傳感器等方面。此外，氧化錫薄膜在高場(chǎng)強(qiáng)下，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的能帶彎曲和較低的電子親和能，在場(chǎng)致發(fā)射(FieldEmission)中作為陰極材料成為了研究的熱點(diǎn)。表面?zhèn)鲗?dǎo)場(chǎng)致發(fā)射(Surface-conducted Field Emission，SCFE)是一種新型的三極式場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)，其工作原理是在兩個(gè)電極之間施加電壓，電子從一個(gè)孤島發(fā)射到下一個(gè)孤島，電子在薄膜顆粒之間發(fā)生隧穿效應(yīng)，孤島之間傳導(dǎo)的電子有一部分在陽(yáng)極電壓的牽引下到達(dá)陽(yáng)極，形成發(fā)射電流，實(shí)現(xiàn)了表面?zhèn)鲗?dǎo)發(fā)射。然而，傳統(tǒng)薄膜型表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射是在電極圖形的間隙內(nèi)噴涂PdO納米顆粒，PdO納米顆粒在真空中經(jīng)過(guò)電加熱還原，之后在碳源氣氛中對(duì)電極通電，形成一層碳膜，傳導(dǎo)源制作工藝復(fù)雜，成本高，且電子發(fā)射效率低。低的電子發(fā)射效率和高的制作成本限制了這種表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射的應(yīng)用。

　　本文采用成熟的磁控濺射、光刻和剝離技術(shù)制備一種平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源，利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡表征平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源陣列和傳導(dǎo)源的微觀結(jié)構(gòu)，并研究其場(chǎng)發(fā)射性能。

1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1、SnO2-SCFE電子發(fā)射源的制備

　　利用傳統(tǒng)的磁控濺射、光刻和剝離技術(shù)在10cm×10cm的玻璃基片上制備平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源，實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示。利用直流磁控濺射在玻璃基底表面濺射100nm的金屬Cr/Cu/Cr復(fù)合薄膜，采用光刻技術(shù)制備陰極和柵極電極，并對(duì)樣品表面進(jìn)行清潔預(yù)處理，以備鍍膜使用。本實(shí)驗(yàn)所用WTCJ-600磁控反應(yīng)濺射鍍膜機(jī)，以純度為99.99%的Sn金屬靶做靶材，襯底溫度固定在室溫，陰極與襯底的距離為5cm，在真空度為1.5×10^-3 Pa，通入氧氣(99.99%)與氬氣(99199%)混合氣體，流量比為1B1，混合氣體使得濺射壓強(qiáng)維持在1Pa，濺射功率150W，濺射時(shí)間為5min。采用剝離法來(lái)去除電極上氧化錫薄膜并對(duì)樣品表面進(jìn)行清潔預(yù)處理，將制作完成的實(shí)驗(yàn)片放進(jìn)60e的潔凈烘箱里烘干30min便得到最終成品。實(shí)驗(yàn)采用石家莊恒威電源科技公司生產(chǎn)的SMC-1/30/SJF型脈沖電源，在陰極和柵極電極間施加脈沖電壓，陰柵電極間的SnO2不連續(xù)薄膜顆粒便會(huì)形成納米量級(jí)的裂縫。

圖1 平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的制備流程圖

3、結(jié)論

　　采用磁控濺射、光刻和剝離技術(shù)在玻璃基底上成功制備了一種以SnO2薄膜為表面?zhèn)鲗?dǎo)源、陰極和柵極相互平行的電子發(fā)射源，并研究其場(chǎng)發(fā)射性能。SEM測(cè)試表明，在氧氣和氬氣流量比為1B1，室溫下濺射5min后，經(jīng)峰峰值為40V，頻率為1000Hz的脈沖電壓預(yù)處理后的SnO2為不連續(xù)薄膜，直徑大約在100~200nm。場(chǎng)發(fā)射測(cè)試表明，電子發(fā)射源的傳導(dǎo)電流和發(fā)射電流完全被柵壓控制。在陽(yáng)壓和柵壓分別為3200和210V時(shí)，陰陽(yáng)間距為500Lm時(shí)，平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的電子發(fā)射效率為0.85%，發(fā)光亮度為850cd/m2。總之，平柵型SnO2表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的制備工藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，為尋求一種新型的場(chǎng)發(fā)射陰極陣列提供一種新的選擇。