基于納米氧化鋅的場致發(fā)射顯示器的設計與驅動.pdf

1、場致發(fā)射顯示器件（FED）是真空微納電子器件及納米材料應用研究的熱點之一。由于大面積平板顯示成為當前市場的發(fā)展主流，從制備工藝和成本考慮，絲網印刷技術為制備大面積場致發(fā)射顯示器件提供一種高效、廉價的途徑。與碳納米管相比，納米氧化鋅（ZnO）的制備合成工藝簡單，合成的結構單一，熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好，易于應用到低成本的絲網印刷型場致發(fā)射陰極。
　　 表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射是一種新穎的場致電子發(fā)射形式，它是場致發(fā)射的研究中一次技術上的突破

2、。與普通的場致發(fā)射相比較，表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射所需要的驅動電壓更低，電子發(fā)射更加穩(wěn)定。表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器成功地解決了場致發(fā)射驅動電壓和電子能量的矛盾，實現了大屏幕顯示，已引起學術界和產業(yè)界的廣泛關注。
　　 本論文主要研究了以低成本的絲網印刷方法制備大尺寸的基于納米ZnO的二極結構FED和表面?zhèn)鲗腿龢O結構FED。由于驅動電路與器件結構和發(fā)射材料性能緊密相關，所以論文將相應的FED驅動電路設計作為另一個研究內容，以驗證我們所設計

3、的器件的光電性能。在此過程中，論文在基于納米氧化鋅的絲網印刷型三極結構的設計，三極結構場致發(fā)射顯示器的子場驅動方式，納米氧化鋅的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射機理，以及高效率表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射等四個方面進行了創(chuàng)新性的研究。
　　 本論文的主要工作及成果可概括如下：
　　 1.研究了絲網印刷型四針狀納米氧化鋅（ZnO Tetrapods）陰極的場致發(fā)射，獲得了與直接生長在硅片上相當的場致發(fā)射性能。該研究結果提出了一種以低工藝成本實現大尺寸

4、、穩(wěn)定的場致發(fā)射陰極的方法。
　　 2.發(fā)現了基于ZnO Tetrapods的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射現象，提出了孔狀和平面型兩種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射結構，并建立了相應的工作模型。通過結構參數的改進，將電子發(fā)射效率（發(fā)射電流與陰極電流的比值）提升至60％。相比于佳能東芝公司基于氧化鈀的表面?zhèn)鲗Ъ夹g（需要工藝上難以制備的納米間隙、電子發(fā)射效率只有3％），由于無需納米間隙的存在，且采用低成本的絲網印刷技術，本研究成果使得SED大規(guī)模走向市場成為

5、了可能。
　　 3.三極結構是FED制備過程中的難點，論文綜述了現有的幾種成功的三極結構的優(yōu)缺點后，結合實驗室的制備工藝，采用絲網印刷方法制備了10英寸QVGA分辨率的平面三極結構表面?zhèn)鲗虵ED，將柵極驅動電壓降至可以芯片驅動的范圍。在對其進行視頻驅動時，成功地將子場驅動方式應用于三極結構場致發(fā)射顯示器，實現了16級灰度的視頻顯示。
　　 4.在研究ZnO Tetrapods的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射機理的過程中建立了電子在晶

6、體內散射的理論模型。該模型的建立為后續(xù)機理研究奠定了理論基礎。
　　 5.通過在SCE發(fā)射體中摻雜具有高二次電子系數的氧化鎂，顯著地降低了柵極電流，增大了陽極電流，提升了電子發(fā)射效率。與佳能東芝公司基于氧化鈀的表面?zhèn)鲗Ъ夹g相比，他們在3666V/μm的柵極電場下得到了3mA/c㎡的發(fā)射電流密度和3％的電子發(fā)射效率；而我們在1V/μm的柵極電場下得到了4.7mA/c㎡的發(fā)射電流密度和接近于100％的電子發(fā)射效率。通過摻雜，實現了大