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，然后對薄膜在真空度低于5×10-4Pa、溫度分別為800℃和1000℃條件下進行了表面熱處理，分別用紅外光譜、原子力顯微鏡以及不同退火溫度的場發(fā)射試驗對薄膜進行了研究，結果表明表面熱處理對BN薄膜的表面形貌沒有明顯影響，樣品場發(fā)射特性的變化可能與表面負電子親和勢有關，未進行熱處理的樣品閾值電場較低，可能歸因于表面負電子親和勢效應，閾值電場為8V/μm，發(fā)射電流為80μA，熱處理溫度為800℃時，負電子親和勢仍然存在，直到熱處理溫度達到1000℃時，表面負電子親和勢才消失。
關鍵詞：氮化硼薄膜；表面熱處理；場發(fā)射；發(fā)射電流；閾值電場

目前，由于寬禁帶半導體金剛石、類金剛石膜具有極好的場發(fā)射特性，又有較好的機械硬度、化學惰性、高熱導率、造價低、可以大面積沉積等許多優(yōu)點，已經(jīng)成為人們研制場發(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發(fā)射器，觀察到金剛石p-n結[1]和多晶金剛石膜[2]的電子發(fā)射。這些材料都滿足做場發(fā)射器件的一個重要條件即負電子親和勢（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薄膜的場發(fā)射特性是非常必需的。我們已經(jīng)研究了厚度對氮化硼薄膜場發(fā)射特性的影響[5]。為了能清楚的了解氮化硼薄膜的場發(fā)射特性與溫度的關系，我們又研究了表面熱處理對氮化硼薄膜場發(fā)射特性的影響，希望能為以后氮化硼薄膜場發(fā)射特性的應用奠定基礎。
2 實驗
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[5]和[6]中所述。場發(fā)射特性是在超高真空（<5.0×10-7Pa）情況下測量的，氮化硼薄膜作為陰極，導電玻璃板作為陽極，氮化硼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BN薄膜場發(fā)射特性的分析是利用電流-電壓(I-V)關系曲線來完成的。由于閾值電壓低可以降低工作電壓，對實際工作中制備陰極陣列有重要意義，而且它是考察場發(fā)射特性的幾個重要指標之一，為此我們利用閾值電壓來衡量BN薄膜場發(fā)射特性。當場發(fā)射電流為0.5μA時，陽極和樣品之間所加的最低電壓定義為閾值電壓，對應的電場為閾值電場。
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。