[发明专利]一种增强型电子发射体

说明书

本发明涉及改进型电子发射体，更确切地说是在诸如场发射器件之类的器件中具有改进了的电流特性的电子发射体。

已知金刚石具有负的电子亲合势。同时已知金刚石由于其负的电子亲合势而发射电子，而且比之其它通常的电子发射体为Mo或W，金刚石确实能够在低得多的电场下发射电子。目前这不是一种可控制的功能。发射电流常常比预计的低得多，而且某些看起来满足全部发射准则的样品却常常完全不发射。

由于金刚石半导体的价带同导带之间的能带隙大(5.5eV)，在室温下其载流子数目必须小。现已知的掺杂剂在金刚石中有很大的离化能(1eV数量级)，因而在低于+250℃情况下对导电贡献很小。因此，虽然金刚石的有效函数为正并认为大约在0.2eV至0.7eV之间(虽然其电子亲合势为负)，其饱和电流仍低。提高饱和电流是待解决的主要问题。

本发明的目的是提供一种具有改善了电流特性的电子发射体。

本发明的进一步目的是提供一种具有改善了的电流特性的金刚石或类金刚石碳电子发射体。

本发明的另一个目的是提供一种具有改善了的饱和电流的金刚石或类金刚石碳电子发射体。

本发明的又一个目的是提供具有改善了的电流特性的、带有金刚石或类金刚石发射体的场发射器件。

用一层具有预定结构(即，在此结构中发射位置处含有电活性缺陷)的材料来形成电子发射体，使该层材料具有一个含有发射位置、且已被氢化的表面，从而解决了上述问题并实现了上述目的。

用一层包含金刚石或类金刚石碳、具有金刚石键结构并在发射位置处带有电活性缺陷的材料来形成电子发射体，亦解决了上述问题并实现了上述目的。

本发明上述问题及目的由一种场发射器件解决并实现了，这种器件包含一个其表面上形成了一层金刚石或类金刚石碳材料的支撑衬底，该金刚石或类金刚石碳材料为带有限定电子发射体的电活性缺陷的金刚石键结构。

下面参照附图说明本发明。

图1示出了类金刚石碳的晶格结构；

图2示出了类金刚石材料中碳的堆垛结构；

图3示出了带有形成电活性缺陷的第一类位错的类金刚石碳的晶格结构；

图4示出了带有形成电活性缺陷的第二类位错的类金刚石碳的晶格结构；

图5是金刚石键中螺型缺陷的示意图；

图6是带有电活性缺陷的类金刚石碳层的高倍放大剖面图；

图7和8分别是现有技术场发射器件及图6所示器件的电子发射特性图；

图9是类似于图6而在层表面有缺陷的器件与现有技术场发射器件的电子发射随发射体半径变化的比较图；

图10示出了类金刚石碳的氢化表面的晶格结构；以及

图11是采用类金刚石碳的氢化层并带有电活性缺陷的场发射器件的剖面图。

图1示出了类金刚石碳晶格结构10中的四面体键合原子。对于本发明。将“类金刚石碳”定义为这样一种碳，其键结构是由通常键合成公知的金刚石键(通常称之为富SP3的四面体键)形式的碳原子形成的，包括金刚石和其它任何含金刚石键的材料。同样，将“类石墨碳”定义为由通常键合成公知的石墨键(通常称之为富SP2键)的碳原子构成晶格结构的结晶碳，包括石墨和其它任何含石墨键的材料。

金刚石碳的空间晶格结构是面心立方(fcc)。这种晶格的初基是相对于每一晶格点位于0，0，0和1/4，1/4，1/4的完全相同的两个碳原子。这就导致四面体键合，每一个碳原子有四个最近邻和12个次近邻，一个元胞中有8个碳原子。这种结构是共价键合的结果。在这种共价结构中，特定原子之间有确定的耦合，共有电子大部分时间处于二个共有原子之间的区域(亦即，在原子之间的几率波最密)。这就产生由负电荷浓度组成的键，因而邻近的键相互排斥。当一个原子(例如碳)有数个键时(金刚石中为4个)，各键间之夹角相等(金刚石中此角为109°)。共价键是极强的方向性键。相对于分立的中性原子，金刚石中一个碳原子的键合能是7.3eV。