臺灣博碩士論文加值系統

本論文利用感應耦合式電漿蝕刻系統（Induction coupling plasma etching, ICP）在矽晶圓上製作超尖銳場發射顯示器之矽發射源陣列（Field emission array, FEA）。首先，利用感應耦合式電漿蝕刻方式，以等向性蝕刻形成窄頸錐狀結構。再將窄頸錐結構進行濕式熱氧化製程，以達到矽發射源尖銳化的目的。接著使用濺鍍（Sputter）與電子槍蒸鍍（Electron beam evaporation）系統先後沈積氮化矽與金屬鉻作為絕緣層以及閘極層。最後，以二氧化矽蝕刻液將二氧化矽舉離（Lift-off），露出尖銳的矽場發射源。陽極版（Anode plate）以網印（Screen printing）的方法將ZnS螢光粉塗佈在鍍氧化銦錫的導電玻璃上。以及量測場發射電流特性以及發光效應的測量。結果發現，起始電壓 約在650V，起始電流約為2.853×10-1µA，且電流值隨工作次數增加而急遽下降。

關鍵詞：感應耦合式電漿蝕刻、場發射源陣列、舉離、陽極板。

In this study the ultra-sharp silicon emitters for field emission array（FEA）have been fabricated on silicon wafers using a combination of optical lithography and induction coupling plasma etching（ICP）. In the first, the isotropic etching of silicon are performed to produce neck structures by induction coupling plasma etching method. Next, the silicon neck structures are oxided to produce more sharper emitters by wet oxidation. The gate insulator and gate metal patterns are grown using sputter and electron beam evaporation system, respectively. The shaper emitters are achieve after the oxide masks were removed by lift-off method with buffered HF solutions. The anode plate with ZnS phosphor onto the indium tin oxide（ITO）glass, are carried out by the screen-printing technique. The field emission current and luminescent effect of the field emission arrays are measured. The results show that the turn-on voltage take place at 650V with the turn-on current of 2.853×10-1µA. The currents are decreased as the work cycles increase.

Keywords：induction coupling plasma etching, field emission array, lift-off, anode plate

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 研究動機與目的 4
1-2-1 研究動機 4
1-2-2 研究目的 6
1-3 場發射顯示器之技術 7
1-4 文獻回顧 13
1-4-1 場發射理論之回顧 13
1-4-2 場發射製程之回顧 14
1-4-3 乾蝕刻技術之回顧 15
1-4-4 發光材料之回顧 15
1-5 本文架構 16
第二章 基本理論分析 17
2-1 電子場發射理論 17
2-1-1 場發射的能量分佈 18
2-1-2 金屬的場發射理論 20
2-1-3 半導體的場發射理論 22
2-2 乾式蝕刻 24
2-2-1 電漿的形成 24
2-2-2 電漿蝕刻的機制 25
2-3 螢光材料的介紹 27
2-3-1 螢光材料的定義 27
2-3-2 螢光材料的種類 27
2-3-3 硫化鋅螢光體介紹 28
2-4 發光機制 29
第三章 實驗方法與流程 32
3-1 實驗流程 32
3-2 光微影製程 34
3-3 感應耦合式電漿蝕刻系統 36
3-4 濕式熱氧化製程 38
3-5 物理氣相沈積 42
3-5-1 金屬濺鍍系統 42
3-5-2 電子槍蒸鍍系統 44
3-6 陽極板製程 46
3-6-1 陽極板的螢光層塗料調配 48
3-6-2 電動式平面網印機 48
3-6-3 塗佈與網印 50
3-7 場發射顯示器之工作原理 52
3-7-1 場發射顯示器矽發射源製作流程 54
3-8 掃描式電子顯微鏡 59
第四章 結果與討論 60
4-1 乾式蝕刻製程 60
4-2 熱氧化製程 65
4-3 絕緣層及閘極層沈積 69
4-4 矽場發射元件 71
4-5 場發射特性量測 73
4-6 發光顯示器 75
第五章 結論與建議 76
5-1 結論 76
5-2 未來展望與建議 78
參考文獻 79
附錄 表面傳導電子發射顯示器 85
自述 86

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