TiN作SED阴极材料的可行性研究

张玉娟 周碧文

摘 要：阴极基板是表面传导电子发射显示器件（SED）中的关键部分。本文首次把价格便宜、自由能低、稳定性好的TiN用做SED的阴极材料，给出了传导电流If 和发射电流Ia随器件电压Vf变化的关系，传导电流If 随着器件电压Vf的升高，先迅速升高，再然后下降，最后缓慢上升；发射电流Ia随着器件电压Vf 的升高先缓慢增加，然后快速上升。同时给出了样品的发光照片，证实了TiN作SED阴极材料的可行性。

关键词：TiN 阴极材料 发射电流

中图分类号：TQ152 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（a）-00-02

SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）是表面传导电子发射显示器件的简称，最开始被称作Surfac Conduction Emitter，简称为SCE[1]。随后的20年里，不同的研究者研究了金属、金属氧化物、半导体材料的表面传导电子发射现象，这些研究工作为SED显示器件的发展提供了重要的研究基础。日本佳能公司开发了金属氧化物（氧化鈀）、金属有机氧化物（乙酸鈀、乙酸镍等）作为SED器件的阴极材料。吴凯、李德杰提出了Bi2O3/C双层模型的SCE阴极，并对其制备工艺和发射性能进行了研究[2]。孙宏博、吴胜利等人采用磁控溅射方法制作了PdO膜和ZnO膜作为SED阴极，研究了导电膜材料、导电膜宽度对发射性能的影响[3]。张秀玲、王文江研究了基于离子交换技术，发射材料为金属Pd的表面传导电子发射源[4]。盛蕾、梁海峰研究了碳钛颗粒膜厚度对表面传导电子发射特性的影响[5]。杨小艳、沈志华制作了发射材料为Pd的纳米裂缝位置可控的表面传导电子发射源[6]。蔡沛峰研究了AlN/Al颗粒膜作为阴极材料的表面传导电子发射显示器件的负阻特性[7]。

阴极基板是SED中的关键部分。开发制作工艺简单、电子发射效率高、驱动电压低、寿命长、环保性能好的新型阴极材料，对SED的发展将起到至关重要的作用。本文首次采用价格便宜、自由能低、稳定性好的TiN作为SED的阴极材料，并观察到了发光现象，测到了发射电流，证实了采用TiN作为SED阴极材料的可行性。

1 样品制作

SED样品的衬底一般是绝缘基板，我们这里使用3mm厚的普通浮法玻璃作基片。首先将基片在丙酮中用超声清洗机清洗15min， 再用去离子水冲洗干净， 确保玻璃表面干净，用氮气吹干后再进行烘干（100℃）。将干净的玻璃基板放在台式匀胶机上匀胶，光刻胶为EGP533型号正胶，其中，匀胶9s转速600r/min，甩胶60s转速2500r/min。前烘在热板上进行，温度为100℃，15min。曝光是在型号为JKG-2A型深紫外曝光机上进行的，曝光时间为35s。曝光后在1‰的NaOH显影液中显影15s，显影完毕后再用离子水反复冲洗后用氮气吹干，并烘干。将光刻好器件电极图案的玻璃基板放到磁控溅射仪中，利用磁控溅射技术在玻璃基板上制作Ni/Cu/Ni电极。电极的玻璃基板放在丙酮中进行剥胶，这样玻璃极板上就只剩下8个条形电极。在留有器件电极的玻璃基板上光刻导电膜图案，方法与光刻器件电极图案类似，相关参数相同，图案为各对电极之间的小方块。把光刻好导电膜的样品放到专用的磁控溅射仪中，利用磁控溅射技术在2根器件电极间得到18个TiN导电膜。将溅射好阴极材料的玻璃基板放在丙酮中进行剥胶，这样就得到可以测试的SED样品。SED样品的电极和导电膜图案如图1所示，①～⑧为8根器件电极，每两根器件电极之间为一行18个导电膜，7行共计7×18个导电膜，即7×18的像素点。图2为单个SED单元放大286倍的光镜照片，上下为两个电极，中间是发射层。

2 测试结果与分析

在真空环境下（5×10-4Pa），测试SED样品中一对电极的传导电流和发射电流随器件电压的变化，并观察发光图案。测试时，器件电压缓慢增加，阳极高压为1000V。传导电流If与器件电压Vf之间的关系如图3所示。从图中可以看出，随着器件电压Vf的升高，传导电流If 随着器件电压Vf的升高，先迅速升高，再然后下降，最后缓慢上升。

发射电流Ia与器件电压Vf的关系如图4所示，从图中可以看出，随着器件电压Vf的升高发射电流Ia先缓慢增加，然后快速上升。

图5为一组电极之间的发射源的发光照片，由图可以看出发光还是比较均匀、比较亮的，说明TiN作为SED的阴极材料是可行的。

3 结语

本文首次把TiN用做SED的阴极材料，给出了样品的发光照片，并指出了传导电流If和发射电流Ia随器件电压Vf变化的关系。传导电流If随着器件电压Vf的升高，先迅速升高，再然后下降，最后缓慢上升。发射电流Ia随着器件电压Vf 的升高先缓慢增加，然后快速上升。

参考文献

[1] MI Elinson，AG Zhdan，GA Kudintseva，et al.The Emission of Hot Electrons and the Field Emission of Electrons from Tin Oxide[J].Radio Eng Electron Physics， 1965（10）：1290-1296.

[2] 吳凯，李德杰.一种新型的表面传导电子发射阴极[J].真空科学与技术学报，2006，26（5）：339-342.

[3] 孙宏博，吴胜利，张劲涛.SED的磁控溅射法制作技术试验研究[J].真空电子技术，2008（2）：30-33.

[4] 张秀玲，王文江.基于离子交换技术的表面传导电子发射源制备[J].真空科学与技术学报，2010，30（6）：577-581.

[5] 盛蕾，梁海峰.颗粒膜厚度对表面传导电子发射的影响[J].强激光与粒子束，2013，25（2）：513-516.

[6] 杨小艳，沈志华.纳米裂缝位置可控的表面传导电子发射薄膜[J].液晶与显示，2014，29（6）：911-915.

[7] 蔡沛峰.表面传导电子发射显示器件的负阻特性研究[D].西安：西安工业大学，2015.