场致发射显示.
- 格式:pdf
- 大小:784.93 KB
- 文档页数:33
场致发射显微镜(FEM)一场致发射研究的历史回顾场致发射发现于1897年。
1992 年LIlienfeld用尖端阴极作x 射线管的电子源。
1828年弥勒和诺德海姆用波动力学解释场致发射, 为场致发射理论奠定了基础。
1940 年电子显微镜发明之后, 弥勒--诺德海姆场致发射公式才得到准确的实验。
证1937年Muller 引进场致发射显微镜的概念, 用它观察尖端的场发射图像, 可以了解晶体排列,研究外来原子在金属表面的吸附和解吸, 以及吸附原子在金属表面的迁移等现象。
1941年Muller 又发现吸附原子在强负电场作用下的解吸现象, 这导致1951年设计出场离子显微镜。
1967 年场离子显微镜发展到原子探针的阶段, 用它可以检查场离子图上任意一点的质谱性质。
在四十年代末期, 为了给积极发展的微波管提供有效的电子发射源, 开始了对场发射阴极的系统研究, 包括对极限电流密度、场发射电流稳定性、“热”场致发射等的研究。
五十年代由于超高真空技术的发展, 在Dyke及其同事的努力下, 稳定的场致发射已经基本上可以实现。
他们采用多尖端阴极, 并将它首先应用于脉冲(闪光)x光管中,以后发展为商用的场发射x光管(Fexirton)和场发射电子注管(Febetron)。
在六十年代初期, 有人提出用大功率电子注来加热原子核使之达到产生热核聚变的温度, 因此开始建立了许多大功率脉冲电子注加速器。
这种加速器在几百千伏到10兆伏的脉冲加速电压下, 从尖端或刀口阴极发射104A—106A 的电流, 电子注的脉冲功率达1014—1013W。
这种电子注称为相对论性强流电子注, 除了可以产生高强度闪光x射线外, 还可以产生大功率激光、大功率激波、毫米波、亚毫米波, 模拟辐射效应, 还可能用于等离子体加热、约束等离子体、电子注聚变等方面。
这时阴极发射的机理和一般场发射不同, 称等离子体场发射, 苏联称之为爆发电子发射。
随着六十年代末期扫描电子显微镜和表面物理分析仪器的蓬勃发展, 要求有高亮度,细小直径的电子束。
场致发射显示
定义:场发射显示器(FED),即场致发射阵列平板显示或称为真空微尖平板显示器(MFD),是一种新型的自发光平板显示器件。
场致发射显示
一、发展简史
•1961年,Shouledrs.K.R提出用场发射电子源的纵向和横向真空微电子三极管的概念
•1968年,斯坦福研究所的Spindt.C.A,用薄膜技术和钼尖锥工艺制作微型场发射阵列阴极。
•1985年,Meyer.R,微尖锥型阴极的矩阵选址阴极发光平板显示器
•1988年,美国首届国际真空微电子学会议,标志真空微电子学的正式诞生
•1989年,单色FED研制成功
•1997年,全色FED研制成功
•2001年,Sony公司13.2英寸全色FED
场致发射显示
场致发射显示On Nov. 23, 1999
PixTech, Inc.
announced the
delivery of the first
12.1-inch Field
Emission Display
(FED) to the U. S.
Army
First Delivery of 12.1”FED
FED的优点:
•图像质量好、视角宽(1800)
•功耗低(1-3w)、寿命长
•无偏转线圈,无X射线辐射
•响应速度快(<2 us)
•体积小,重量轻
•工作温度范围宽
•制作工艺比较简单(与LCD及其它PDP比)总之,FED集中了CRT和LCD的优点,摒弃了它们的缺点,性能优良,极具竞争力的新一代显
示器。
场致发射显示
FED的应用领域:
•< 6英寸的FED,替代CRT,作头盔显示•可以放在武器上左定位显示器
•摄像器上的取景器
•汽车的导航系统显示终端
•电子照相机的显示器
•仿真技术方面
•便携式计算机显示屏
•用作可视电话的显示器
主要在军事领域
场致发射显示
二、FED的工作原理
构成:场发射阵列阴极(FEAC)和显示荧光屏示意图:
场致发射显示
场致发射显示
和材料有关的常数
:与发射体现状,栅压;B A :)/(2g g g e U U B AU I
−⋅=FED 的场发射理论
场发射就是导体或者半导体表面施加强电场,使导带中的电子发射到真空中。
两个问题:
表面势垒
电子发射
三、场发射阵列阴极(FEAC)
根据使用的材料不同,主要有四种FEAC:
型阴极)
1、钼锥薄膜场发射阴极(Spindt
场致发射显示
制作工艺流程:
Si基底->氧化->光刻->蒸发Mo膜->光刻栅极->沉积收缩栅孔材料(Al、Al2O3、Ni、Cu等)->垂直蒸发Mo->Mo尖锥形成->刻蚀收缩栅孔材料->尖锥阴极
场致发射显示
•栅极的驱动特性如图所示
场致发射显示
2、硅尖锥型阴极
类似Spindt型阴极,差异在材料和制作工艺上。
工艺流程:Si氧化-> SiO2刻蚀图形->刻蚀Si
尖阴极
-> Si氧化->沉积SiO2和金属栅Si
场致发射显示
场致发射显示
注意:
•SiO2是在Si(100)晶面氧化而成,氧化时温度要均匀
•腐蚀过程中,存在着温度变化,需要超声震荡
•腐蚀过程中,多加培片
场致发射显示
3、非晶态金刚石薄膜型阴极
4、混合型及改进型
在前两种微尖锥阴极表面再沉积一层低功函数的材料薄膜,如Cs、Ta、Pd、Pt/Ta类金刚石或掺磷金刚石等。
可以降低发射尖锥的表面逸出功,提高发射能力,降低栅极电压,增强抗中毒能力
改进:减小栅极孔径,改善栅极及尖锥现状,降低控制电压,提高发射电流和耐用性
场致发射显示
四、阳极支柱制作工艺
材料采用耐高温、高绝缘性的聚酰亚胺(Polymide)
PI膜制作工艺:(室温21℃,相对湿度28%)•将硅片浸入胶液,垂直取出,直至胶液不下滴•将硅片水平放置,让溶剂均匀挥发
•水平放入80℃洁净烘箱,进行不完全前烘•重复上述步骤,获得足够厚度的PI膜
•水平放入120℃烘箱,烘1h
•置入300℃炉管中,亚胺化1.5h,炉管通N2气
场致发射显示
栅极贴近
场致发射显示
场致发射显示
2、膜孔聚焦结构的FED
在贴近聚焦结构中附加了一绝缘金属层作为聚焦电极
3、同轴聚焦结构的FED
在贴近聚焦结构的栅极平面内加一同轴聚焦电极构成
聚焦极截获电流极小,驱动电压比贴近聚焦结构高,
场致发射显示
场致发射显示
场致发射显示
场致发射显示
六、FED使用的荧光粉
•FED使用的荧光粉是在低电压(300V-
10kV),大电流密度(100uA/cm2)电子束激发下工作,属于低压阴极射线发光荧光粉。
但是,色饱和度差,转换效率低,亮度和寿命不尽人意。
•借鉴传统的CRT荧光粉,加以改进。
场致发射显示
七、存在的问题及展望
可能存在的问题
1、显示图像亮度的均匀性
亮度不均匀可能与下面的结构特性有关
•发射尖锥头曲率一致性差
•门孔电极半径大小的一致性差
•FEA与阳极(荧光屏)间距的一致性差•阵列电极引线电阻引起的图像亮度不均匀
场致发射显示
2、去气、排气、消气
FED真空内的体积与面积之间的比例关系远小于CRT器件,排气时内部真空度下降严重,管阻大,没有多余的空间安排消气剂。
通过优化器件结构设计,改进工艺技术和工艺设备的途径加以解决3、封接技术
由于FED采用选址型器件,利于条形电极引出,真空密封造成困难,10-7Pa下,引线与低玻是否浸润有待解决
场致发射显示
展望
可以应用在壁挂电视、微显示(MDT)等领域
微显示(MDT):
•摄录仪录相仪(CVF)
•头盔显示(HMD)
•虚拟现实头盔(VRH)
场致发射显示
FED的发展方向CNT-FED
CNT( carbon nano tube)
场致发射显示
场致发射显示
FED 的发展方向
Carbon nanotubes are known for their superior mechanical strength and low weight, good heat conductance, varying electronic properties. Their ability to emit a cold electron at relatively low voltages due to high aspect ratios and
nanometer size tips.Therefore, carbon nanotubes can be applied to field emitters for flat panel displays
Carbon Nanotube
LOTUS EFFECT
场致发射显示
场致发射显示
Packaging
Phosphor
Circuitry
Emitter
Spacer
Characteristics of FED
9 Fast response time 9 Low power consumption 9 Wide viewing angles 9 CRT-like true color 9 Wide operating temperatures
9 High brightness
场致发射显示
99.05, 4” diode-type
99.11, 9" diode-type
00. 05, 15" VGA diode-type 00.11, 15" VGA Mono triode-type
Low voltage operation, gray scale, high brightness 场致发射显示
。