提出后柵型場發射顯示器( FED) 測試過程中的竄壓現象, 解釋該現象的產生原因。陰極電極側壁場發射電子轟擊柵極導致電壓表示數發生變化。針對此問題設計一種具有溝槽狀介質層結構的后柵型FED 從而避免陰極電極側壁的電子發射。采用全印刷技術制作場發射顯示陣列。實驗表明此器件具有良好的發射穩定性及柵壓調控特性, 有效杜絕竄壓現象的發生。陽極電壓為600 V, 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內對陽極電流有良好的調控作用。

場發射顯示器(FED) 是一種利用遂穿效應, 在高電場( 大于109V/ m) 的作用下, 電子從陰極表面逸出, 經陽極電場加速轟擊熒光粉而發光的一種真空顯示器件[ 1] 。根據器件結構可把FED 分為二極結構、前柵結構、平行柵結構、后柵結構等。二極結構器件驅動電壓高, 存在一系列顯示與驅動的矛盾, 難以利用現有的高壓集成電路進行驅動。前柵型FED驅動電壓較低, 然而顯示面板的制作用到大量微電子加工工藝, 導致生產成本高; 且結構參數對顯示的均勻性、一致性都有很大的影響[ 2] 。平行柵型FED結構簡單、無須使用介質材料, 然而由于陰柵電極平行而不能實現矩陣掃描, 且像素單元較大, 限制分辨率的提高[ 3] 。后柵型FED 結構簡單, 柵極電極位于陰極電極背面從而可以采用厚膜技術實現, 有效降低生產成本。隨著碳納米管( CNT) 等一維納米材料的使用, 其低閾值電壓及高場增強因子使后柵型FED 獲得了實際應用的可能性[4- 5] 。

對于后柵型FED, 陰極電極與柵極電極通過介質層進行電隔離, 介質層結構對器件的工作性能會產生重要的影響。當介質層為片狀結構時, 柵極的調控電壓較高, 且出現發射不穩定、不均勻的情況。其原是陰極間隙的介質層表面積累了分布不均勻的電荷, 改變了陰極表面的電場分布, 從而影響電子發射。解決介質層表面電荷積累的一種辦法是去除陰極與陰極之間的介質材料, 這可以通過刻蝕技術或者直接制作條狀介質層實現[ 6- 7] 。然而此種結構雖可以解決介質層表面的積累電荷問題, 卻出現了另外一種現象, 本文稱之為竄壓。當竄壓現象發生時, 陰柵間的電壓表無法準確的指示柵極電壓源的輸出值, 且該電壓表的示數隨著陰極發射電流的變化而變化。這一現象導致無法利用電壓表測量陰柵間的電壓值, 進而無法對器件的工作性能進行研究。本文詳細分析了竄壓現象產生的原因, 設計了一種具有溝槽狀介質層( GIL) 結構的后柵型FED。測試表明此器件完全杜絕竄壓現象的發生, 有效地避免介質層表面的電荷積累, 明顯增強柵極電壓的調控效果, 提高顯示的穩定性。

3、 結論

本文分析了具有條狀介質層結構的后柵型FED竄壓現象的產生機理。陰極電極側壁場發射電子轟擊柵極電極表面使其產生正電荷, 為了維持柵極電極電中性, 電子通過電源及電壓表流向柵極使得柵極電壓表示數發生變化。設計并利用全印刷工藝制作了一種具有GIL 的厚膜后柵型CNT􀀁FED, 實驗表明這種器件具有良好的發射穩定性、均勻性, 器件工作中杜絕竄壓現象的產生。此器件具有顯著的柵壓調控特性, 陽極電壓為固定為600 V 時, 柵極電壓在100~ 250 V 范圍內具有明顯的調控特性。上述結果表明采用全印刷工藝可以制作具有顯著柵壓調控特性的后柵型CNT􀀁FED, 這有效降低制作工藝的復雜度和制作成本, 具有潛在的實用價值。