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目录 1

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 真空微电子学的发展历史 2

1.3 真空微电子学的特点和内容 6

1.3.1 真空微电子器件的主要特性 6

1.3.2 真空微电子学的主要内容 7

1.4 真空微电子学的应用与发展趋势 9

参考文献 11

思考题与习题 11

2 场致发射 14

2.1 引言 14

2.2 表面电子特性 15

2.3 金属场致发射 18

2.4 半导体场致发射 20

2.5 内场致发射 21

2.5.1 金属或半导体表面介质薄膜 22

2.5.2 金属-介质-金属（MIM） 25

2.5.3 反向偏压p-n结 27

2.5.4 负电子亲合势阴极 28

2.6 场致发射电子的能量分布和Nottingham效应 31

2.7 空间电荷效应 34

思考题与习题 35

参考文献 35

3 器件物理与特性分析 38

3.1 引言 38

3.2 场致发射公式的特性 38

3.3 真空条件和FEA结构分析 42

3.4 FEA结构优化和理论极限 47

3.5 FEA热稳定性和材料选择 51

3.6 FEA阵列特性估算 53

思考题与习题 54

参考文献 55

4 数值计算与器件特性模拟 56

4.1 引言 56

4.2 数值计算模型的建立 57

4.2.1 基本方程 57

4.2.2 计算模型及边界条件 58

4.3 静电场的数值模拟 60

4.3.1 有限差分算法 60

4.3.2 区域细化反复迭代的有限差分算法 65

4.3.3 非正交曲线坐标系下的有限差分算法 69

4.4 电子轨迹及发射电流的计算 77

4.4.1 直角坐标系下的二维四阶龙格-库塔方法 78

4.4.2 非正交曲线坐标系下电子轨迹的计算 82

4.4.3 场致发射器件发射电流及其分配 83

4.5 场致发射器件特性模拟 84

4.5.1 塔形微尖场致发射体的静电特性 84

4.5.2 鸡尾酒杯形边缘场致发射体的静电特性 86

4.5.3 新型火山口形场致发射体静电特性的数值模拟 92

4.5.4 平面聚焦系统 96

思考题与习题 100

参考文献 101

5 器件制造与工艺 104

5.1 引言 104

5.2 纵向器件的制备 105

5.2.1 钼锥场致发射体阵列的制备 105

5.2.2 硅锥场致发射体阵列的制备 107

5.2.3 模塑技术 111

5.3 横向器件的制备 112

5.3.1 非自对准器件的制备 112

5.3.2 自对准器件的制备 114

5.4 器件封装 115

5.5.1 氧化锐化 118

5.5 器件制备中所涉及的重要工艺 118

5.5.2 平面化技术 119

5.5.3 静电键合技术 120

思考题与习题 122

参考文献 122

6 真空微电子器件 124

6.1 引言 124

6.2 真空集成电路有源元件 125

6.3 高频和微波器件 128

6.3.1 分布式放大器 128

6.3.2 线性束器件 129

6.3.3 预聚焦束器件 130

6.4 电子源和微电子光学系统 133

6.5 场致发射显示屏 135

6.5.1 引言 135

6.5.2 研制历史 136

6.5.3 工作原理及发展现状 137

6.5.4 场致发射显示屏产品设计的相关技术 142

6.6 传感技术 144

6.7 显微技术 146

思考题与习题 149

参考文献 149