氧化锌纳米冷阴极物性调控、原位微区表征研究及场发射机理探索

氧化锌纳米冷阴极在真空微纳电子器件中具有重要的应用前景。目前，氧化锌纳米冷阴极研究主要涉及材料的可控制备和场发射特性表征，多数研究者将其优异的场发射特性归功于大的"高径比"，很少有人深入探究其深层物理原因。然而，包括表面功函数、电导、表面态、掺杂、界面电接触等物理特性，都对氧化锌的电子发射具有影响。因此，有关氧化锌纳米冷阴极目前紧迫需要研究的问题，是如何实现上述物性的调控及微区表征，并在此基础上建立相关的场发射物理模型，解决材料性能优化的技术瓶颈和科学难题，推动材料在新型真空微纳电子器件上的应用。基于上述背景，本项目将针对材料物性可控研制及微区物性原位表征，开展氧化锌纳米冷阴极材料物性可控制备、材料后处理及原位物性表征研究。重点是获得优化氧化锌纳米冷阴极场发射性能的关键工艺，发展原位微区物性表征技术，理解材料物理特性与场发射性能的相关性及场发射机理，获得符合器件应用要求的氧化锌纳米冷阴极。

氧化锌纳米冷阴极在真空微纳电子器件中具有重要的应用前景。已报道的相关工作主要涉及材料的形貌可控制备和场发射特性表征；然而，包括表面功函数、电导、掺杂、界面电接触等物理特性都对氧化锌的场致电子发射具有影响，但已报道的工作很少有深入探究其深层物理原因及材料场发射性能的优化方法。本项目从“材料精确可控制备—性能优化—前瞻应用可行性验证”三方面解决了一系列难点。获得了精确定位、表面平滑、高均匀垂直取向、场发射性能优越的单根氧化锌纳米尖阵列，实现了阵列的低压(368 V) 并行电子束曝光实验验证，制作出亚微米尺度电子束曝光点阵图形。研制出场效应晶体管 (MOSFET)及氧化锌纳米线阵列集成的新型真空电子源，实现了氧化锌纳米线冷阴极的有源控制场发射。实现了电极条侧壁原位可控生长氧化锌纳米线，验证了氧化锌纳米线平面型场发射器件结构在弱光显示或者近眼显示应用的可行性。项目工作为研制新型氧化锌纳米线冷阴极电子源阵列打下了良好的基础，对促进氧化锌纳米冷阴极电子源在新型真空电子源器件上的应用具有积极意义。