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场致发射冷阴极器件因其具有功耗低、电流密度大、无需加热、瞬时开启等优点,近年来受到了人们的密切关注。它们在平板显示、大功率高速微波器件、X射线管等领域有着广泛的应用前景。
本文主要针对大电流场发射三极管展开具体研究,包括大电流冷阴极以及三极管的制备与测试两部分。利用传统的丝网印刷工艺,完成了大电流冷阴极的制备,并在真空室环境下对其进行了场发射性能测试。研究了样品在不同衬底材料以及阴阳极间距下的场发射性能,并对高性能混合阴极发射材料展开了初步研究。提出了一种荫罩型常栅极结构的场发射三极管,与丝网印刷型大电流冷阴极相结合,完成了其制备工作,并进行了SEM结构表征。
对传统的连续直流测试法加以了改进,直流电压转换成脉冲电压有效的解决了直流测试方法中阳极承受功率过大而导致温度过高的问题,使其能够适用于大电流场发射性能的测试。为验证测试方法的可行性,对完成封装的二极结构器件进行了测试,测得最大发射电流为42mA(电流密度为2.37A/cm2)。针对场发射三极管的测试中,存在栅极电流较大以及电子利用率较低的问题,对栅网的结构作了初步优化计算,得到网板厚度以及网孔孔径的变化将对阴极表面附近的场强分布产生影响,进而影响到器件的电子利用效率等因素。