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摘要本文研究了真空微电子学的主要进展,在研究了场发射阵列FEAs、场发射显示器 FED、真空微电子微波、毫米波器件等的发展过程中,重点研究了有关器件对 FEA的特殊要求、可能的解决办法和存在的问题,并论述了发展真空微电子技术的主要内容和意义，最后提到了发展我国真空微电子器件需重视的几个问题。根据楔型阴极真空微电子三极管的特点,建立了理论和数学模型,在不考虑空间电荷密度影响的前提下,以有限元法为基础采用迭代的方法计算出真空微电子三极管内的电势分布情况,绘制出了等势线、电子轨迹线,并得到了器件电学性能随几何参数的变化情况。31893
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关键词 真空微电子 场致发射 泊松方程 计算机模拟
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Vacuum microelectronic field emission technology research
Abstract
The main progress of vacuum microelectronics is studied in this paper.on the study of the development process of the field emission array FEAs, field emission displays (FED), vacuum microelectronic microwave and millimeter wave devices , we focus on the special requirements, possible solutions and existing problems of the device of FEA, and discuss the main content and significance of the development of the vacuum microelectronic technology.finally, we should pay attention to several problems referred to the development of the vacuum microelectronic devices. According to the characteristics of wedge cathode vacuum microelectronic triode established theory and mathematical model, under the premise without considering the influence of the space charge density, using the iterative method based on the finite element method calculate distribution of the vacuum microelectronic triode tube potential and draw the other potential line and the electron trajectories in the line, and get the device electrical performance varies with the geometric parameters.
Keywords vacuum microelectronics field emission poisson equation computer simulation
目录
1 引言1
2 场致发射理论5
2.1 场致发射原理 5
2.2 场致发射基本公式 5
2.3 场致发射实现方法7
3 场致发射三极管模型 8
3.1 场致发射三极管结构模型 8
3.2 场致发射三极管数学模型 9
3.3 有限元法分析电场 12
4 计算机模拟 13
4.1 电场分布模拟 13
4.2 电子轨迹模拟 14
4.3 电流特性模拟 14
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
1.1 真空微电子学的发展
20世纪50年代Bardeen、Brattain和Shockley发明了半导体晶体管，在60至70年代，集成电路产业又进行了飞速的发展，有些人就以为真空电子管已经过时，由于真空电子管寿命短、体积大、效率低、使用热阴极、需要真空环境。真空微电子学(VME)的出现，也再次激起了专家学者们对真空电子器件研究的兴趣，成就了真空电子管的重生，VME的潜力已经导致真空电子重生的国际性研究爆炸性增长。
真空微电子学涉及到微真空电子学、电子学、高场物理学 、材料科学等的多个学科[1]，是一门新兴的交叉学科，主要研究利用微细加工技术（如微米、纳米加工技术）来制作场致发射冷阴极以及使用这种冷阴极制作的真空微电子器件。真空微电子学的概念涵盖非常广泛的电子器件，由于拥有以真空作为电子传输介质的优点, 它多应用于微波和更高频率的器件。尽管在过去的几年里场致发射显示器的发展受到了关注，对高频器件的应用仍诱导了对真空微电子学的极大兴趣。真空电子的重生是基于为发展固态器件而成熟的制造技术，真空设备的优点是基于真空作为电荷传输介质的优点：载体速度快，电子的最大速度等于光速；偏转，聚焦和干扰载体的可能性；由于在介质中没有载流子的散射，使得设备电子束能量高效率回收；对温度和辐射不敏感；材料选择广泛。所有的材料，金属、半导体、绝缘体、超导体、有机物和复合材料都是可能使用的；各种各样的结构，平面和三文结构。场致发射阵列(FEA)有很多优点，例如：体积小、寿命长、电压低、噪声小、电流密度大、室温运行、瞬时启动等。现在我们最常用的固体器件，虽然有体积小、低功耗、便于集成等优点，可它也有缺点：电子在半导体中漂移速度低，温度的变化会使半导体的电子浓度和漂移速度随之变化，容易受到电离效应、位移效应等影响。