物理所等基于共振遂穿的场发射特性研究取得重要进展

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具有优良场致电子发射特性的材料在显示器件领域具有重要的应用价值。如何降低发射阈值，提高发射电流密度和稳定性一直是人们追寻的目标。具有低功函数、负电子亲和势和优异物理化学性能的金刚石薄膜是理想的平面冷阴极材料，但金刚石与衬底间的界面势垒阻碍了电子的传输，明显减少了遂穿金刚石表面的电子数目，使发射电流密度降低，影响了场发射器件的性能。因此，改善发射体与衬底间的界面状态，一直是本领域研究者努力的方向。

最近，中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）微加工实验室研究员顾长志和纳米物理与器件实验室副研究员吕文刚与德国Siegen大学教授姜辛和德国Juelich研究中心教授S.Mantl合作，在前期碳基纳米材料场发射特性研究的基础上Nanoscale 4(2012)6383; Physica E 43(2011)1902; Nanotechnology 22(2011)505601，将金属性的CoSi2作为过渡层引入金刚石膜与硅衬底间，形成金刚石/CoSi2/Si量子阱结构，使电子在穿过界面双势垒结构时发生共振遂穿，从而使金刚石表面的电子发射阈值降低，发射电流密度明显提高，具有稳定性好、发射阈值低和电流密度高等特点。他们研究了硅衬底上外延CoSi2薄膜的厚度、CoSi2薄膜上金刚石的取向等因素对场发射特性的影响，发现较厚的CoSi2过渡层、random取向的金刚石明显提高了金刚石表面的电子发射能力，并建立了电子在金刚石/CoSi2/Si量子阱结构中发生共振遂穿的理论模型，证明了材料表面的电子发射可以通过控制界面处的电子共振遂穿过程来调控。与以往报导的电子共振遂穿现象多发生在半导体材料中不同，金刚石/CoSi2/Si量子阱结构的共振遂穿是基于具有量子尺寸效应的金属性CoSi2过渡层，它显示出在高性能真空电子器件和大面积冷阴极平板显示器件领域的应用潜力。

该结果发表在10月18日出版的Scientific Reports上。