电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极的机理与制备工艺研究
发布时间：2021-04-26 07:20
随着现代电子加速器对电子束品质要求的不断提高,传统的光阴极器件在量子效率与工作寿命的改善研究中遇到了不少瓶颈。而电注入式阴极电子源利用晶体管的电流控制方式,无需光源,可实现对电流发射密度和发射电子束脉冲结构稳定、灵活的控制,有望成为一种满足现代电子加速器需求的新型高性能电子源,并对拓展电子源应用领域也有着积极意义。本文首次提出并简要分析了一种新型的电注入铝镓砷/镓砷（AlGaAs/GaAs）负电子亲和势（NEA）阴极的基本工作机理,并结合理论和实验测试结果,设计了一个可行的电注入阴极器件结构模型;利用光刻-感应耦合等离子体（ICP）刻蚀法制备了AlGaAs/GaAs阵列,同时结合其扫描电子显微镜（SEM）形貌图和工艺过程,分析阵列制备中高Al组分AlGaAs层出现腐蚀现象的原因,并获得了较为理想的发射层阵列。本文以光刻胶作为微米阵列的保护层,采用热阻蒸发与电子束蒸发法进行金属的沉积,剥离形成电子注入层电极,同时结合阴极的热净化实验、I-V特性测试和二次离子质谱（SIMS）等结果,分析了Ag电极短路问题,并验证了Ti/Pt/Au结构电极的热稳定性;通过在器件结构中设计并制备500nm的二...
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 本文研究背景
1.2 电子源阴极简介
1.2.1 热阴极
1.2.2 场致发射阴极
1.2.3 光电发射阴极
1.3 本文研究意义
1.4 本论文主要章节安排
2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极工作机理与结构设计
2.1 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极理论基础
2.1.1 NEA GaAs光阴极
2.1.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极理论模型
2.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极器件结构
2.2.1 器件结构
2.2.2 发射层微米阵列的制备方法
2.3 本章小结
3 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料制备工艺
3.1 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料的制备
3.1.1 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料的制备工艺流程
3.1.2 光刻版的设计
3.2 绝缘层的制备
2 薄膜的生长方法"> 3.2.1 SiO2 薄膜的生长方法
2 薄膜的沉积"> 3.2.2 SiO2 薄膜的沉积
3.2.3 光刻曝光
2 薄膜的刻蚀"> 3.2.4 SiO2 薄膜的刻蚀
3.3 发射层微米阵列的制备工艺研究
3.3.1 发射层微米阵列的制备
3.3.2 不同ICP刻蚀掩膜层分析
3.3.3 不同刻蚀工艺对发射层阵列形貌影响
3.4 本章小结
4 电子注入层电极的制备工艺
4.1 电子注入层电极的制备原理与方法
4.1.1 实验原理
4.1.2 套刻光刻胶的选择
4.1.3 金属沉积
4.1.4 沉积金属材料
4.2 电子注入层Ag和 Ti基电极的制备工艺
4.2.1 形成阵列保护层
4.2.2 Ag和 Ti/Pt/Au的沉积
4.2.3 剥离
4.2.4 高温处理
4.3 电极材料的选择分析
4.3.1 高温热净化过程模拟
4.3.2 元素深度分布分析
4.3.3 Ti基电极的热稳定性测试
4.4 电子发射特性模拟测试
4.4.1 电子发射特性的模拟测试原理
4.4.2 模拟测试结果分析
4.5 本章小结
5 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极制备工艺
5.1 实验设备
5.1.1 超高真空激活系统
5.1.2 电子注入测试装置
5.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极的制备
5.2.1 热净化处理
5.2.2 阴极的Cs-F激活
5.2.3 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极的电子发射性能测试
5.2.4 测试结果分析
5.3 本章小结
6 结论
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间的主要科研成果
本文编号：3160994
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
1 绪论
1.1 本文研究背景
1.2 电子源阴极简介
1.2.1 热阴极
1.2.2 场致发射阴极
1.2.3 光电发射阴极
1.3 本文研究意义
1.4 本论文主要章节安排
2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极工作机理与结构设计
2.1 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极理论基础
2.1.1 NEA GaAs光阴极
2.1.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极理论模型
2.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极器件结构
2.2.1 器件结构
2.2.2 发射层微米阵列的制备方法
2.3 本章小结
3 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料制备工艺
3.1 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料的制备
3.1.1 电注入AlGaAs/GaAs阴极材料的制备工艺流程
3.1.2 光刻版的设计
3.2 绝缘层的制备
2 薄膜的生长方法"> 3.2.1 SiO2 薄膜的生长方法
2 薄膜的沉积"> 3.2.2 SiO2 薄膜的沉积
3.2.3 光刻曝光
2 薄膜的刻蚀"> 3.2.4 SiO2 薄膜的刻蚀
3.3 发射层微米阵列的制备工艺研究
3.3.1 发射层微米阵列的制备
3.3.2 不同ICP刻蚀掩膜层分析
3.3.3 不同刻蚀工艺对发射层阵列形貌影响
3.4 本章小结
4 电子注入层电极的制备工艺
4.1 电子注入层电极的制备原理与方法
4.1.1 实验原理
4.1.2 套刻光刻胶的选择
4.1.3 金属沉积
4.1.4 沉积金属材料
4.2 电子注入层Ag和 Ti基电极的制备工艺
4.2.1 形成阵列保护层
4.2.2 Ag和 Ti/Pt/Au的沉积
4.2.3 剥离
4.2.4 高温处理
4.3 电极材料的选择分析
4.3.1 高温热净化过程模拟
4.3.2 元素深度分布分析
4.3.3 Ti基电极的热稳定性测试
4.4 电子发射特性模拟测试
4.4.1 电子发射特性的模拟测试原理
4.4.2 模拟测试结果分析
4.5 本章小结
5 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极制备工艺
5.1 实验设备
5.1.1 超高真空激活系统
5.1.2 电子注入测试装置
5.2 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极的制备
5.2.1 热净化处理
5.2.2 阴极的Cs-F激活
5.2.3 电注入AlGaAs/GaAs NEA阴极的电子发射性能测试
5.2.4 测试结果分析
5.3 本章小结
6 结论
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间的主要科研成果
本文编号：3160994
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