金刚石基底上氮化硼薄膜的场发射特性研究

 利用射频磁控溅射方法,在金刚石膜上沉积了氮化硼薄膜。红外光谱分析表明,氮化硼薄膜的结构为六角氮化硼。在超高真空系统中测量了样品的场发射特性,沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的阈值电场为12 V/μm,最大发射电流密度为272 μA/cm²。并且沉积在金刚石膜上的氮化硼薄膜的场发射特性明显优于金刚石薄膜本身的场发射特性。这说明,氮化硼薄膜可以有效地改善金刚石膜的场发射特性。场发射Fowler-Nordheim（F-N）曲线表明,电子发射是通过遂穿表面势垒完成的。     

碳纳米管/金刚石复合材料的场发射特性

采用微波烧结方法制备了碳纳米管/金刚石复合材料。将碳纳米管和纳米金刚石粉末混合后研磨压片,然后在微波等离子气相沉积系统中采用微波烧结。利用扫描电镜对复合材料的表面形貌和微观结构进行了分析,结果显示碳纳米管比较均匀地分散于复合材料中,并在表面形成了发射微尖。利用二极管结构在动态真空室中对复合材料的场发射特性进行了研究,复合材料有较好的场发射特性,电流密度接近15mA/cm2。     

外延法生长金刚石薄膜场发射特性研究

研究了外延法生长金刚石薄膜的场发射特性.金刚石薄膜用热丝CVD法生长,甲烷与氢气比例为2.5%,生长于事先电泳沉积在硅衬底的金刚石微晶上.实验数据的计算结果表明：金刚石薄膜的阈值电压为1.8 V/μm,有效功函数降低为纯金刚石颗粒的0.11倍.通过SEM、XRD和Raman等手段表征了金刚石薄膜的结构,并对其场发射机制作出理论分析.     

钛基纳米金刚石涂层场发射阴极

设计了一种新的金刚石场发射阴极工艺.用旋涂法在金属钛片上涂覆纳米金刚石涂层，经过适当条件的真空热处理，实现钛与金刚石之间的化学键合即欧姆接触，从而形成以金属钛为衬底，碳化钛键合层为过渡层，金刚石纳米颗粒为场发射体的场发射阴极.样品的阈值场强可达6.3V/μm，场发射电流密度在21 V/μm场强下可达到60.7 μA/cm2.提出了样品的结构模型,并分析了其电子输运方式.样品的Fowler-Nordheim曲线基本为一直线，根据经典场发射理论，可以证实其电子发射机制为场发射.观察到在获得稳定的场发射性能之前存在激发过程，并对其作了简单解释.     

不同条件制备的ZnO纳米梳结构及其性能研究

采用热蒸发法通过改变衬底放置条件在Si(111)衬底上制备出了ZnO纳米梳结构.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、场发射装置对样品的结构、形貌、光致发光光谱及场发射特性进行了分析.XRD结果表明衬底水平放置(A)和衬底竖直放置(B)制备出的样品均属于多晶六角纤锌矿结构.SEM结果表明两种衬底放置条件下的样品均为纳米梳状结构,改变衬底放置条件ZnO纳米梳的尺寸和形貌有明显改变,其中竖直放置衬底的样品B纳米尺寸较小且比较均匀.室温下的光致发光光谱表明样品B的紫外峰较样品A出现了蓝移,此外样品B的紫外峰强和可见光峰强比值较大,说明此样品的结晶质量较好.场发射特性测试结果表明两个样品的场发射都是通过电子隧道效应进行的,且样品B的场发射性能优于样品A.     

纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒,并进行表征,将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液,超声分散后电泳沉积到钛衬底上,再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明:未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3V/μm,在20V/μm的电场下,场发射电流密度为81μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7~6.0V/μm,在20V/μm电场下,场发射电流密度提高到140~158μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后,增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目,提高了场增强因子β,而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合,形成了欧姆接触,降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降,要兼顾场发射电流密度及其稳定性,适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.     

氧化锌纳米线的紫外光耦合增强场电子发射特性

本文采用热化学气相沉积方法制备氧化锌纳米线阵列, 研究氧化锌纳米线阵列在紫外光辐照下的场电子发射特性. 实验结果表明, 在紫外光辐照下, 氧化锌纳米线场发射开启电压降低, 发射电流明显增大. 机理分析认为, 氧化锌纳米线紫外光增强的场发射源自场电子发射与半导体耦合作用, 紫外光激发价带电子跃迁到导带和缺陷能级使发射电子数量增加, 同时, 光生电子发射降低了发射材料表面的有效功函数, 从而显著增强场电子发射性能. 氧化锌纳米线具有紫外光耦合增强场电子发射特性, 在光传感、冷阴极平板显示和场发射电子源等方面具有潜在的应用价值.     

钛基底的纳米金刚石掺混纳米碳管的场发射特性

在纳米金刚石场发射的基础上, 研究了纳米金刚石掺混纳米碳管的场发射特性。采用电泳沉积法形成了纳米金刚石与纳米碳管的复合涂层, 经热处理后制备出阴极样品, 然后进行微观表征, 再进行场发射特性测试与发光测试。结果表明, 与未掺混的纳米金刚石阴极样品相比, 复合涂层阴极样品的场发射开启电场明显减小, 场发射电流提高, 在较低的电场下阳极表面荧光粉就可以发光, 但发光不均匀, 出现了"边沿发光"的现象。分析了纳米金刚石掺混纳米碳管场发射性能提高的机理, 是由于纳米碳管掺入之后, 涂层的电子输运能力得到增强, 涂层中有效发射体的数目增加。最后, 解释了"边沿发光"现象的成因。     

热处理对纳米金刚石涂层场发射性能的影响

用旋涂法在金属钛衬底上涂敷纳米金刚石,经过适当的热处理形成金刚石涂层与金属钛衬底的化学键合,即形成衬底与涂层之间的过渡层,从而为纳米金刚石颗粒提供电子,使其成为有效的发射体。用扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射和拉曼散射等手段分析了温度对键合效果以及场发射性能的影响,温度过高或过低都不利于提高纳米金刚石涂层的场发射性能,只有在700℃左右对样品进行热处理,才能得到较好的键合状态。改变涂膜时旋涂的次数以获得不同涂层厚度的样品,对其在700℃的相同温度下进行热处理,发现涂层过厚或过薄都不利于样品发射性能的提高。旋涂9次并于700℃热处理的样品具有较好的场发射性能,其发射阈值场强可达4.6V/μm,而15.3V/μm场强下的电流密度为59.7μA/cm2。     

后处理工艺对钛基纳米金刚石涂层场发射特性的影响

采用胶带粘贴、金相砂纸摩擦、射频氢等离子体工艺对钛基纳米金刚石涂层进行了处理,分析了它们对样品的微观表征、场发射性能、发光效果的影响。首先通过电泳法将金刚石粉末移植到金属钛片上,然后经过真空热处理、表面后处理工艺形成了场发射阴极涂层,最后对样品进行了微观表征、场发射特性与发光测试。结果表明,胶带处理在场强达到10 V/μm时,场发射电流密度从50μA/cm~2增j加到72μA/cm~2;金相砂纸处理在10 V/μm场强下的场发射电流由48μA/cm~2提高到82μA/cm~2;适当的氢等离子体处理有助于降低表面功函数,使得金刚石表面的悬键被氢原子饱和,在其表面形成C—H键,进一步降低了电子亲和势,从而提高了样品的场发射性能和发光均匀性。