氧化鋅納米冷陰極及應用探索

佘峻聰 肖志明 何 浩 鄧少芝 許寧生

(中山大學光電材料與技術國家重點實驗室 廣東省顯示材料與技術重點實驗室 物理科學與工程技術學院 廣州 510275)

　　摘要：基于場致電子發射原理的冷陰極有可能在平板顯示器、太陽能電池、微型衛星助推器、微型質譜儀、平行電子束光刻、冷陰極發光管、微真空三極管等信息電子器件上獲得應用。

　　過去幾年，人們主要關注碳納米管冷陰極。碳納米管的場發射性能非常優越，相關研究也開展得較早，有關碳納米管冷陰極的制備、性能表征、場發射機理和器件研制，都已取得了可喜的進展。然而，由于碳納米管制備溫度偏高，難以實現與帶柵器件結構或有源晶體管器件集成;徑向剛性較差(易彎曲)，物性(特別是導電特性)均勻性難以控制，電子發射均勻性差;因此作為集成化的納米冷陰極陣列應用的難度較大。

　　最近，人們開始把注意力轉向新型一維納米冷陰極材料的研制，例如，金屬及其化合物納米線、硅納米線、III-V 化合物納米線等。在眾多的新型一維納米冷陰極材料中，氧化鋅(ZnO)是最受關注的一種。其受青睞的原因主要有如下幾點：(1)氧化鋅為金屬氧化物，作為冷陰極應用不存在表面被氧化的問題;(2)熔點為~2000 °C，熱穩定性良好;(3)剛性好(楊氏模量：109 GPa);(4)晶化程度高、容易摻雜(提高導電性能)、容易實現幾何結構均勻的納米線陣列的制備;(5)有多種制備方法且容易實現低溫生長。

　　本報告介紹在氧化鋅納米冷陰極精確可控制備、場發射特性表征及性能優化、臨界真空擊穿機理研究、有源器件集成及應用探索上所取得的階段性進展。相關工作對促進氧化鋅納米冷陰極在真空電子器件上的應用具有重要意義。