氫、氧等離子體處理對(duì)氮化硼薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的影響

用RF磁控濺射的方法在Si（100）基底上沉積了納米氮化硼薄膜，然后分別用氫、氧等離子體對(duì)薄膜表面進(jìn)行了處理，用紅外光譜、原子力顯微鏡、光電子能譜以及場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)對(duì)薄膜進(jìn)行了研究，結(jié)果表明氫等離子體使BN薄膜表面NEA增加，閾值電場(chǎng)降低，發(fā)射電流明顯增大。氧等離子體處理對(duì)BN薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性影響不大，只是發(fā)射電流略有降低，這只能是由于氧化層存在的原因。
關(guān)鍵詞：氮化硼薄膜；場(chǎng)發(fā)射；表面處理；閾值電場(chǎng)；發(fā)射電流

目前，場(chǎng)發(fā)射器件的應(yīng)用越來越受到人們的重視。由于寬禁帶半導(dǎo)體金剛石[1]、類金剛石膜[2]具有極好的場(chǎng)發(fā)射特性，又有造價(jià)低、可以大面積沉積等許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為人們研制場(chǎng)發(fā)射器件的首選材料。這些材料都滿足做場(chǎng)發(fā)射器件的一個(gè)重要條件即負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）。由于BN具有金剛石的優(yōu)良特性，并且能夠形成平坦的BN薄膜，且具備表面負(fù)電子親和勢(shì)（NEA）這個(gè)場(chǎng)發(fā)射的必備條件，人們自然想到了氮化硼是做場(chǎng)發(fā)射體的優(yōu)良材料。有人證明BN薄膜具有高發(fā)射電流的潛在可能性[3]，有報(bào)道硫摻雜BN薄膜具有較低的閾值電場(chǎng)[4]。我們已經(jīng)研究了在納米薄膜情況下厚度對(duì)BN薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的影響,結(jié)果表明薄膜厚度在132nm時(shí)，得到了閾值電場(chǎng)為11V/μm和電場(chǎng)為23V/μm時(shí)發(fā)射電流密度達(dá)到240μA/cm2[5]的結(jié)果。為了能清楚的了解BN薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性與其他因素的關(guān)系，我們研究了表面后處理（氫氧等離子體處理）對(duì)BN薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的影響，希望能為BN薄膜的制備、處理和場(chǎng)發(fā)射的應(yīng)用提供依據(jù)。
2 實(shí) 驗(yàn)
我們用射頻磁控濺射的方法在Si(100)基底上沉積的BN薄膜[6]。薄膜沉積條件如文獻(xiàn)[5]和[6]中所述。場(chǎng)發(fā)射特性是在超高真空（<5.0×10-7Pa）情況下測(cè)量的，BN薄膜作為陰極，導(dǎo)電玻璃板作為陽極，薄膜與陽極之間由直徑為100μm的玻璃絲隔離開，樣品面積為5mm×5mm。對(duì)BN薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的分析是利用電流密度-電場(chǎng)強(qiáng)度(J-E)關(guān)系曲線來完成的。當(dāng)場(chǎng)發(fā)射電流為0.5μA時(shí)，陽極和樣品之間所加的最低電壓定義為閾值電壓，對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)為閾值電場(chǎng)。
我們用RF磁控濺射的方法在Si（100）基底上沉積了納米BN薄膜，薄膜首先用紅外光譜檢測(cè)，結(jié)果如圖１所示；然后用氫、氧等離子體處理，氫、氧等離子體是利用弧光放電獲得的，處理?xiàng)l件為：rf功率為50W，工作氣壓為50Pa，基底溫度保持100℃，氫、氧等離子體處理時(shí)間分別為60min和20min。