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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 機械工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/47826
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor顏家鈺
dc.contributor.authorYung-Han Yuen
dc.contributor.author游詠涵zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-15T06:20:53Z-
dc.date.available2013-08-17
dc.date.copyright2010-08-17
dc.date.issued2010
dc.date.submitted2010-08-10
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/47826-
dc.description.abstract本論文目的為製作出應用於多電子束微影的冷場發射源陣列,並使冷場發射源陣列在施加低電壓的情況下即可產生場發射電流。
在冷場發射源陣列的設計上,整體結構包含了具有小半徑的矽針陣列,用來產生場發射電流的陰極、能夠增強矽針尖端處電場的鉻金屬閘極、與用來接收場發射電流的陽極。
由於冷場發射源陣列的加工尺度為微米等級,故透過微機電製程進行元件的製作。陰極與閘極製程的步驟包含:以電子束微影定義閘極外型、以濕蝕刻製作出閘極及最後以氫氧化鉀蝕刻與反應式離子蝕刻製作出具有微小針尖半徑的矽針。另一種方式是使用聚焦離子束蝕刻直接讓矽針與閘極成形,但運用此方法做出的冷場發射源陣列須解決材料濺鍍造成無法產生場發射放電的問題。
將冷場發射源陣列製作出來後,置於真空度 下的環境中進行場發射實驗,並以金屬場發射電流公式分析實驗結果,得到冷場發射源陣列的特性:每根針場發射面積 、電場增強因子 、場發射起始電場 。在陽極電壓施加 ,閘極電壓施加 的情況下,每根針平均的場發射電流可達 。
zh_TW
dc.description.abstractThis thesis presents MEMS processes to fabricate cold field emission arrays (CFEA) which are capable of working at low voltages in multiple electron-beam lithography.
The CFEA consists of three main parts: cathode, gate and anode. The cathode has a silicon needle array which has small radius tip used to emit current. The gate is used to enhance the electric field near the silicon needle, and the anode is used to collect the electrons emitted from the cathode.
The process consists in using e-beam lithography to define the shape of the gate which is then obtained by wet-etching. By using KOH etching and reactive ion etching (RIE), the silicon needles are achieved. Focused ion beam etching can be also used in CFEA’s fabrication. However, this kind of etching technology damages the structure of the silicon needles due to material sputtering and, as a consequence, the CFEA cannot emit electrons.
Finally, when the process is completed, the field emission experiments are proceeded at high vacuum ( ) environmental conditions. The CFEA’s properties can be observed from using the field emission theory to analyze the measured values of the emission current.
The experimental results are as follows: effective emission area , electric field enhancement factor , turn-on electric field , field emission current can achieve to per tip when the supplied voltage is for the anode and for the cathode.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-15T06:20:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2010
en
dc.description.tableofcontents摘要 I
Abstract III
圖目錄 VII
表目錄 XI
第1章 簡介 1
1.1 研究背景 1
1.2 電子束微影系統簡介 3
1.3 文獻回顧 5
1.3.1 Spindt type 金屬場發射陣列 5
1.3.2 閘極孔徑對於場發射的影響 7
1.3.3 運用聚焦離子束製作場發射元件 9
第2章 理論基礎 13
2.1 金屬之功函數 13
2.2 金屬的場發射理論 15
2.2.1 映像電荷修正位能與等效位能模型 15
2.2.2 電子供給函數 18
2.2.3 Fowler-Nordheim 金屬場發射電流公式 20
2.3 半導體的場發射理論 24
2.3.1 半導體之能帶分佈 24
2.3.2 半導體之映像電荷修正 25
2.3.3 電場滲透效應 25
2.3.4 半導體場發射電流公式 27
第3章 場發射元件製作 29
3.1 簡介 29
3.2 單層閘極場發射元件閘極與陰極之製作 29
3.2.1 單層閘極場發射元件製程設計 30
3.2.2 單層閘極場發射元件陰極的製作流程簡介 30
3.2.3 光學微影定義閘極層外形以及鉻金屬與二氧化矽之蝕刻 32
3.2.4 運用電子束微影定義閘極外型和濕蝕刻製作出矽針陣列 33
3.3 運用聚焦離子束製程製作具有閘極的矽針陣列 37
3.4 陽極之製作 39
第4章 場發射元件製程分析 41
4.1 運用HMDS作為光阻黏著劑對於抗蝕刻的影響 41
4.2 定義閘極層外圍形狀避免閘極與陰極之間導通 44
4.3 使用電子束微影改善閘極外圍形狀。 44
4.4 過蝕刻與蝕刻不均勻 46
4.5 運用電子束定義不同閘極圖形解決小尺寸下蝕刻不均勻問題 49
4.6 矽針尖蝕刻不完全 53
4.7 聚焦離子束的濺鍍現象 54
第5章 場發射實驗與實驗結果分析 57
5.1 場發射實驗儀器架構 57
5.1.1 場發射元件之陰陽極接合 58
5.2 場發射實驗與實驗數據分析 60
5.2.1 實驗一 60
5.2.2 實驗二 63
5.2.3 實驗三 66
5.2.4 實驗四 69
5.3 穩定性分析 72
5.3.1 實驗二電流穩定度分析 73
5.3.2 實驗三電流穩定度分析 74
5.4 放電試片分析 74
第6章 結論與未來展望 81
6.1 結論 81
6.2 未來展望 81
參考文獻 83
dc.language.isozh-TW
dc.subject聚焦離子束zh_TW
dc.subject場發射zh_TW
dc.subject場發射陣列zh_TW
dc.subject電子束微影zh_TW
dc.subjectfield emission arrayen
dc.subjectfield emissionen
dc.subjectfocused ion beamen
dc.subjecte-beam lithographyen
dc.title基於微機電製程之閘極場發射元件製作與分析zh_TW
dc.titleFabrication and analysis of MEMS-based gated field emission electron beam emittersen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear98-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee陳政宏,陳永耀,蔡坤諭
dc.subject.keyword場發射,場發射陣列,電子束微影,聚焦離子束,zh_TW
dc.subject.keywordfield emission,field emission array,e-beam lithography,focused ion beam,en
dc.relation.page86
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2010-08-10
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept機械工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:機械工程學系

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