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多孔硅微结构与应用研究

作　者: 蔡南科
导　师: 虞献文
学　校: 浙江师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 多孔硅表面形貌场发射 Pd金属沉浸
分类号: TN304.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

多孔硅由于其原料储备大,制作工艺简单,是一种很有潜力的材料。硅用作场发射阴极的材料,属于第一类冷阴极材料,它的最大优点是可以与控制电路集成在一起,体积小,重量轻；另外,由于其孔隙率高、比表面积大等优点,有利于它对气体的吸收和感应,是一种较为理想的薄膜生长载体。本文采用双槽电化学腐蚀法及表面处理技术获得性能稳定的多孔硅。主要对制得的不同多孔硅样品进行结构表征：实验中采用原子力显微镜和扫描电子显微镜表征了多孔硅样品的表面形貌及多孔硅横截面的表面形貌。分析了不同腐蚀时间下多孔硅样品表面粗糙程度、孔径大小和薄膜厚度等微结构性能；同时,观测了经过Pd2+金属溶液沉浸的多孔硅样品表面形貌。研究了腐蚀时间对多孔硅场发射性能的影响。另外,为了更好提高多孔硅薄膜的场发射特性,对其表面进行Ar离子处理。经过等离子处理后,开启场强变得更小,电流密度变大,场发射性能得到了很好改善。在外加电场为15V·μm-1时,电流密度可达到125μA·cm-2,是未经等离子处理样品的3倍多。我们还成功的设计和制作了以多孔硅为阴极的10×10场发射发光二极管阵列器件。对经过Pd2+溶液沉浸后的多孔硅进行了性能测试。采用了激光诱导击穿光谱技术分析了多孔硅的特征谱线。经过Pd2+溶液沉浸后的多孔硅特征有明显的特征谱线,没有出现有金属盐特征谱线。采用X射线能谱仪对样品进行元素含量分析,Pd含量随着沉浸时间而逐渐增加,随后基本稳定在12.5%附近。采用四探针测试仪测试样品的电阻率,未经过沉浸的多孔硅样品电阻率较大,经过Pd2+离子沉浸样品表面和底层曲线斜率基本相当,都远小于未经沉浸的多孔硅样品。说明了多孔硅样品经过Pd2+离子沉浸电阻率降低得到了明显的下降。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
1.概述  7-16
  1.1 多孔硅发展历史  8
  1.2 多孔硅的形成机理  8-12
    1.2.1 Beale耗尽模型  9
    1.2.2 扩散限制模型  9-10
    1.2.3 量子限制模型  10-12
  1.3 多孔硅的制备方法  12-14
    1.3.1 阳极腐蚀法  12-13
    1.3.2 水热腐蚀法  13-14
    1.3.3 火花放电法  14
    1.3.4 化学腐蚀法  14
  1.4 多孔硅薄膜的应用  14-16
2. 实验过程  16-19
  2.1 单晶硅片清洗  16-17
  2.2 多孔硅制备  17
  2.3 多孔硅上沉积Pd  17
  2.4 多孔硅后处理  17-19
3. 多孔硅微表面和横截面形貌研究  19-30
  3.1 多孔硅AFM表面形貌研究  19-23
    3.1.1 表面尖端三维形态  20-21
    3.1.2 表面二维形貌  21-23
  3.2 多孔硅SEM截面形貌研究  23-26
  3.3 多孔硅SEM表面形貌研究  26-29
    3.3.1 空白多孔硅SEM表面形貌  26-28
    3.3.2 经过PdCl_2金属溶液沉浸后多孔硅SEM表面形貌  28-29
  3.4 本章小结  29-30
4. 多孔硅场发射性能及器件制作  30-43
  4.1 场致发射原理  30-34
    4.1.1 场致电子发射  30-31
    4.1.2 场发射公式  31-32
    4.1.3 场发射技术的进展  32-34
  4.2 阳极氧化时间对多孔硅场发射性能影响  34-35
  4.3 等离子处理对多孔硅场发射性能影响  35-37
  4.4 测试结构设计  37-42
  4.5 本章小结  42-43
5. 多孔硅上沉浸Pd金属沉浸  43-50
  5.1 元素分析  43-46
    5.1.1 激光诱导击穿光谱技术  43-44
    5.1.2 多孔硅经过Pd~(2+)溶液沉浸后元素分析  44-46
  5.2 成分定量分析  46-48
  5.3 电阻率分析  48-49
  5.4 本章小结  49-50
6. 总结与展望  50-52
  6.1 总结  50-51
  6.2 展望  51-52
参考文献  52-58
攻读学位期间取得的研究成果  58-59
致谢  59-61

多孔硅微结构与应用研究

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