第28卷第3期中国材料进展Vo1．28No．32009年3月MATERIALSCHINAMat．2009场致电子发射薄膜材料研究评述王如志，王波，严辉(北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124)摘要：场致电子发射(场发射)薄膜材料由于在场发射平板显示器、电子源等诸多高性能真空微电子器件上具有广阔的应用前景，引起了人们广泛的关注与研究兴趣。综述了场发射薄膜材料的理论与实验研究进展，并评述了场致电子发射薄膜材料研究的瓶颈问题及未来发展方向与趋势。关键词：场发射；薄膜材料；纳米薄膜中图法分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1674—3962(2009)03—0006—07ACriticalReviewofField．Electron．EmissionThinFilmMaterialsWANGRuzhi．WANGBo，YANHui(CollegeofMaterialsScienceandEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China)Abstract：Extensiveandpotentialapplicationsoffield—electron—emissionthinfilmmaterialsinfieldemissiondisplay(FED)，electronsource，andotherhigh—performancevacuummicroelectronicdeviceshaveattractedinterestsandatten—tionsofmanyresearchers．Thetheoreticalandexperimentaldevelopmentoffield——electron—·emissionthinfilmmaterialsisbrieflyreviewed．Keyproblems，thedirectionsoffuturedevelopment，andstudiesregardingfield—electron—emissionthinfilmmaterialsarealsopointedout．Keywords：fieldemission；thinfilmmaterials：nanofilms究的热点。然而，一些工艺简单的场发射材料因性能不1前言够好未能走向器件化，另一些可器件化应用的场发射材最近2O年，平板显示器技术高速发展。据Display—料却因为工艺复杂与成本高昂未能实现规模化生产。场Search网站的市场报告，2008年全球平板显示器领域的发射材料或性能不够好或成本高昂，已成为FED或其营收接近l000亿美元，占据了显示器市场总份额的它高性能真空微电子器件发展的瓶颈。89％。场发射平板显示器(FED)兼有普通阴极射线管显场发射材料性能最重要的两个品质因素是电流密度示(CRT)的高画质及LCD的超薄与低功耗，且在发光与阈值电压。因为大电流密度意味着高亮度，低阈值电效率、亮度、视角、抗苛刻环境及数字化控制上具有十压就意味着低功耗。场发射阴极就结构而言，可分为尖分明显的优势，被认为是最具发展潜力与发展前景的下端型与薄膜型]。最初场发射冷阴极结构基于降低阈一代平板显示器。高品质的场致电子发射(场发射)材值电压的考虑使用尖端型结构，主要是利用尖端局域场料是FED产业化及规模化应用的关键所在。另外，场强增加的特性(几何场增强)降低其阈值电压。当前比发射材料也可应用于高速开关器件、精密电子设备和其较成熟的尖端场发射冷阴极主要有金属微尖阵列场发射它器件的电子源或离子源(如扫描和透射电子显微镜、阴极、硅尖锥阵列场发射阴极、纳米碳管阵列场发射阴俄歇电镜、隧道显微镜等)、兼备固态器件和真空器件极等。金属微尖阵列场发射阴极的设计思想首先由优点的微波、毫米波器件、高性能电子枪、各种传感器Spindt在1968年提出[33，其优点是发射效率高、发射件如压力计、磁场计等。这使得场发射材料成为人们研稳定，但技术难度大、工艺复杂，成本相对过高。硅微尖阵列场发射阴极本质上是金属微尖阵列思想的一个延收稿日期：2009—02一l3伸，其特点是易于集成、工艺相对简单，但其发射电流基金项目：国家自然科学基金(10604001)、北京市科技新星计划(2008B10)资助较小，稳定性差。自1991年纳米碳管问世以来，因通信作者：王如志，男，1973年生，副教授为其具有大的发射电流和低的阈值电压被认为是尖端型第3期t如志等：场致电子发射薄膜材料研究评述7场发射阴极结构的最佳选择。但是，纳米碳管作为场垂直表面势垒的电子速度为，则场发射电流密度可表