摘 要：用RF磁控濺射的方法在最佳沉積條件下在Si（100）基底上沉積了納米氮化硼薄膜，然后對(duì)薄膜在真空度低于5×10-4Pa、溫度分別為800℃和1000℃條件下進(jìn)行了表面熱處理，分別用紅外光譜、原子力顯微鏡以及不同退火溫度的場(chǎng)發(fā)射試驗(yàn)對(duì)薄膜進(jìn)行了研究，結(jié)果表明表面熱處理對(duì)BN薄膜的表面形貌沒有明顯影響，樣品場(chǎng)發(fā)射特性的變化可能與表面負(fù)電子親和勢(shì)有關(guān)，未進(jìn)行熱處理的樣品閾值電場(chǎng)較低，可能歸因于表面負(fù)電子親和勢(shì)效應(yīng)，閾值電場(chǎng)為8V/μm，發(fā)射電流為80μA，熱處理溫度為800℃時(shí)，負(fù)電子親和勢(shì)仍然存在，直到熱處理溫度達(dá)到1000℃時(shí)，表面負(fù)電子親和勢(shì)才消失。
關(guān)鍵詞：氮化硼薄膜；表面熱處理；場(chǎng)發(fā)射；發(fā)射電流；閾值電場(chǎng)

目前，由于寬禁帶半導(dǎo)體金剛石、類金剛石膜具有極好的場(chǎng)發(fā)射特性，又有較好的機(jī)械硬度、化學(xué)惰性、高熱導(dǎo)率、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。人們已經(jīng)集中精力研究合成金剛石場(chǎng)發(fā)射器，觀察到金剛石p-n結(jié)[1]和多晶金剛石膜[2]的電子發(fā)射。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薄膜具有金剛石的優(yōu)良特性，并且能夠形成平坦的BN薄膜。人們自然想到了BN肯定是做場(chǎng)發(fā)射體的優(yōu)良材料，于是人們開始用各種方法沉積氮化硼薄膜，有報(bào)道激光刻蝕沉積的碳摻雜的BN薄膜在很低的電壓下就能發(fā)射電流[3]，有人證明BN薄膜具有高發(fā)射電流的潛在可能性[4]。因此研究怎樣提高BN薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性是非常必需的。我們已經(jīng)研究了厚度對(duì)氮化硼薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的影響[5]。為了能清楚的了解氮化硼薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性與溫度的關(guān)系，我們又研究了表面熱處理對(duì)氮化硼薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的影響，希望能為以后氮化硼薄膜場(chǎng)發(fā)射特性的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
2 實(shí)驗(yàn)
我們用射頻磁控濺射的方法在Si(100)基底上沉積的氮化硼薄膜[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，氮化硼薄膜作為陰極，導(dǎo)電玻璃板作為陽(yáng)極，氮化硼薄膜與陽(yáng)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-電壓(I-V)關(guān)系曲線來完成的。由于閾值電壓低可以降低工作電壓，對(duì)實(shí)際工作中制備陰極陣列有重要意義，而且它是考察場(chǎng)發(fā)射特性的幾個(gè)重要指標(biāo)之一，為此我們利用閾值電壓來衡量BN薄膜場(chǎng)發(fā)射特性。當(dāng)場(chǎng)發(fā)射電流為0.5μA時(shí)，陽(yáng)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磁控濺射的方法制備的BN薄膜，膜厚大約100nm，所得薄膜的紅外光譜如圖1所示。