一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

平栅极结构碳纳米管场发射性能实验

研究了碳纳米管(CNT)场发射显示器(FED)三电极结构的平栅极结构,得到了进一步降低场致发射的开启电压和缩小动态调制电压范围的方法,同时也为相关的场发射安全操作提供了借鉴。实验表明:二极结构场发射调制电压范围较大,调制电压达上千伏,而在三电极的平栅极结构中通过调节阳极电压不仅可控制显示亮度,还对栅极调制电路有保护作用。适当升高阳极电压、适当缩短阴极和阳极之间的距离以及阴栅极经老化后可减小栅极调制电压, 同时还能有效的降低场致发射的动态调制电压的范围。这对新一代的显示器研制提供帮助。     

平行栅结构氧化锌场致发射显示器的研制

用陈化处理过的锌粉为原料,采用高温气相氧化法制备四针状氧化锌材料。应用厚膜、光刻工艺和丝网印刷法制作氧化锌场发射阴极阵列。将阴极板与阳极荧光板制成了5英寸(12.7 cm)单色平行栅结构场致发射显示器(FED)并对其进行了场发射性能测试。分析讨论了影响发射性能的栅极电压、阳极电压以及阴极厚度等参数。该FED在约4000 V阳极电压和300 V栅极电压的驱动下能实现全屏发光。实验结果表明,氧化锌平行栅结构FED具有良好的栅极调控作用,场致发射性能良好,具有良好的应用前景。     

基于碳纳米管场发射三电极显示器的设计和实验

提出了一种基于碳纳米管场发射三电极大面积全彩色平板显示器模型,其特点是栅极和阴极在同一个平面上,驱动电压低,而电子传输比可以高达29.3%(达到阳极的电子与从阴极碳管上发射出来的电子之比),实验结果和理论模拟的结果符合得很好.阴极和栅极之间的沟槽可以用激光打标机刻蚀形成,用做阴极发射体的碳纳米管浆料用水浴法形成,显示器制作工艺简单.     

接触电阻对碳纳米管场发射的影响

基于改进的悬浮球模型,计算了碳纳米管和衬底间的接触电阻存在时碳纳米管顶端的局域电场, 并结合Fowler-Nordheim (F-N)场发射规律研究了接触电阻对碳纳米管场发射的影响.研究表明,接触电阻的存在,在高电场区域接触电阻抑制了碳纳米管的电子场发射,导致在高电场区域出现电流饱和及FN直线偏折现象.其原因可归结为接触电阻使得在碳纳米管顶端的局域电场相对于没有接触电阻时相对地减少. 关键词： 碳纳米管 场发射 接触电阻 电流饱和     

碳纳米管阴极的强流脉冲发射性能研究

采用丝网印刷和涂敷方法制备了两种碳纳米管阴极，并研究了两种阴极的强流脉冲发射特性，表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究结果表明在脉冲宽度为100 ns、电压为1.64×10⁶ V的脉冲电场下，涂敷法制备阴极的场发射电流最高达5.11 kA，最高发射电流密度达260 A/cm².丝网印刷法制备阴极的场发射稳定性优于涂敷法制备阴极，但其发射电流低.阴极表面发射体的形貌与分布影响了阴极的脉冲发射性能.碳纳米管阴极的脉冲发射机理为爆炸电子发射.碳纳米管阴极可以作为强 关键词： 碳纳米管 阴极 脉冲发射 强电流     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

单壁碳纳米管在场发射显示器中的应用研究

采用丝网印刷法将利用电弧放电法制备的单壁碳纳米管印刷在玻璃板上作为场发射显示器阴极材料，利用荧光粉阳极测试了其发光亮度，并研究其场发射性能.实验结果表明，单壁碳纳米管作为场发射显示器阴极材料具有较低的开启电场和较大的场发射电流密度，显示出良好的场发射特性.     

碳纳米管和天鹅绒阴极强流发射特性的对比研究

采用电泳沉积法、碳纳米管纸和化学气相沉积直接生长法制备了三种碳纳米管阴极. 从强流发射性能、阴极等离子体膨胀、阴极起动、发射均匀性、工作稳定性以及脉冲放气特性等多个方面, 对比研究了碳纳米管阴极和化纤天鹅绒阴极的强流发射特性, 研究表明碳纳米管阵列和碳纳米管纸阴极发射性能明显优于普通化纤天鹅绒, 碳纳米管阴极发射性能与碳纳米管取向无关, 管壁的缺陷发射对无序碳纳米管阴极强流发射具有重要贡献. 碳纳米管阴极的起动场强约为普通化纤天鹅绒的2/3, 电场上升率相同时碳纳米管阴极比化纤天鹅绒阴极起动时间短12–17 ns. 碳纳米管阴极发射均匀性优于化纤天鹅绒, 尤其是碳纳米管阵列, 整个阴极表面等离子体光斑致密且均匀. 在二极管本底气压为6×10^-3 Pa时, 碳纳米管纸阴极对应的二极管峰值气压不到0.3 Pa, 约为普通化纤天鹅绒阴极的1/5, 碳纳米管阵列阴极放气量在三种阴极中最少, 仅为0.042 Pa. 结果表明, 碳纳米管阴极在强流电子束源和相关高功率微波器件领域具有潜在的应用价值.     

碳纳米管场发射显示器的研究进展

碳纳米管因具有良好的电子发射特性而成为理想的场发射阴极材料,利用碳纳米管作阴极的场致发射平板显示器件的研究是目前显示技术领域的研究热点之一。报道了场发射显示器（FED）的结构及工作原理、阴极发射材料应具有的特点及碳纳米管在场发射领域中的应用情况。详细地论述了碳纳米管的场致发射特性,包括开启电场、发射电流密度、电流稳定性及发射点密度等,对国内外碳纳米管场发射显示器的发展现状及趋势作了回顾和展望,并对目前所面临的主要问题作了分析,同时提出了一些改进的思路。     

基于铟锡氧化物/Ti复合电极的高亮度碳纳米管场致发射冷阴极

通过制作亲碳性铟锡氧化物(ITO)/Ti复合电极,改善移植型碳纳米管(CNT)冷阴极的导电电极与CNT膜层之间附着性能,从而消除CNT与电极间的界面势垒和非欧姆接触对CNT阴极场发射均匀性和稳定性的影响.采用磁控溅射技术和丝网印刷工艺制作了ITO/Ti基CNT阴极.用X射线衍射仪和场致发射扫描电子显微镜表征CNT阴极结构,结果显示热处理后的ITO/Ti基CNT阴极中可能有TiC相生成,从而使得导电电极与CNT形成有中间物的强作用体系.该体系降低甚至消除电极与CNT之间的界面势垒,增加了CNT与电极间形成欧姆接触的概率.用四探针技术分析电阻率,结果表明ITO/Ti复合电极具有电阻并联效果,CNT阴极导电性能提高.场致发射特性测试表明ITO/Ti基CNT阴极的场致发射电流达到384μA/cm2,较普通ITO基CNT阴极的场致发射电流有显著提高,能够激发测试阳极发出均匀、稳定的高亮度荧光.制作ITO/Ti复合电极是实现场致发射稳定、均匀的低功耗CNT阴极的有效途径.     

二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响

在强电场条件下,由阴极通过场致发射产生的电子具有很强的空间电荷效应,因此真空二极管的空间电荷限制电流是设计高功率微波源等强流电子束器件时需要考虑的重要参数.场致发射电流密度只和阴极材料、阴极表面电场等有关,而空间电荷效应则会受二极管电压、间隙距离等因素的影响.为研究二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响,建立了由场致发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,利用第一性原理的粒子模拟方法,研究了二极管间隙距离和外加电压等参数变化时的阴极表面电场随时间的演变特性,得到了阴极表面稳态电场和二极管间隙距离之间的关系.结果表明,场致发射过程开始后,阴极表面电场先有个振荡过程,随后趋于稳定;在同一外加电场条件下,间隙距离越长,稳态电场的绝对值越小,且达到稳态所需的时间也越长;间隙距离越短,当阴极表面电场达到稳定状态时,二极管间隙区的电场分布变化越剧烈.     

生长温度对碳纳米管阴极场发射性能的影响

碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)场发射平面显示器(Field Emission Display,FED)与其他显示器比较显示了其独特优点,被认为是未来理想的平面显示器之一。碳纳米管阴极作为器件的核心部分,其性能的好坏直接影响显示器的性能。针对30~60英寸(76.2~152.4cm)大屏幕显示器所用的厚膜工艺,即采用丝网印刷法制备了碳纳米管阴极阵列,研究了化学气相沉积法在不同温度下生长的CNTs的场发射电流-电压特性,找到了适合FED用碳纳米管的最佳生长温度。结果表明生长温度越高(750℃),CNTs场发射性能越好。并用荧光粉阳极测试这些CNTs的场发射发光显示效果,验证了上述结论。     

基于丝网印刷技术的碳纳米管场发射冷阴极制作

制备了一种新型碳纳米管浆料,并总结了一套阴极制作工艺.实验表明,质量比约为10%的纯化碳纳米管、5%的纳米金属粉末和有机材料混合形成的印刷浆料,其阴极具有较好的发射均匀特性.在浆料制备过程中通过加入表面活性剂使碳纳米管分散更加均匀.用丝网印刷技术制作阴极,并用机械刀刻的办法制作阴、栅两极之间的沟槽,经烧结后分析阴极膜的电阻率和粘附性随阴极材料组分和制作工艺的变化关系,确定较为合适的升温曲线及丝网目数,阴极碳纳米管的均匀性、导电性的提高改善了发射均匀性.该阴极开启场为2.5 V/μm,在电场强度为3.3 V/μm下,阳极电流为5.6 μA,场发射电流稳定,波动小于5%.     

碳纳米管阴极的短脉冲爆炸场发射与等离子体膨胀

采用碳纳米管制备了一种强流电子束发射阴极,并对碳纳米管阴极在双脉冲条件下的强流发射性能进行了研究.在双脉冲条件下获得了245 A/cm²的强发射电流密度,阴极的开启时间约为40 ns.采用高速分幅相机和CCD相机对强流电子束在空间和时间的分布进行了研究.研究表明连续脉冲实验时,离子体及其膨胀对发射电子束的强度和分布影响很大,双脉冲时脉冲间隔时间内等离子体的膨胀速率约为8.17 cm/μs.等离子体形成时没有优先位置,电子束发射的局部增强位置是随机的.结果表明碳纳米管阴极可以作为强流阴 关键词： 碳纳米管 爆炸场发射 等离子体膨胀 强流电子束     

六角密排多迭层碳纳米管阴极的大电子发射电流和高电子发射稳定性（英文）

研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中,衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上,且具有六角形边缘,相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO_2颗粒作为掺杂材料,在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层;单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺,并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体,采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中,能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明,与普通碳纳米管阴极相比,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性,其开启电场为1.83V/μm,最大电子发射电流为2 718.6μA;且其具有良好的电子发射曲线趋势,当电场强度从2.17V/μm增强到3.06V/μm时,电子发射电流的增幅约为1 410.3μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试,测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.     

锥顶碳纳米管的结构稳定性与场致发射性能

运用密度泛函理论研究了锥顶碳纳米管的结构稳定性与电子场致发射性能.结果表明:在外电场作用下,该体系的结构稳定性明显优于碳纳米锥体、C₃₀半球封口的碳纳米管,且电子发射性能与锥角大小、锥顶构型密切相关,特别是锥角38.9°及棱脊型顶部的cone₁@(6,6)综合性能最优,用其作为场致发射源的阴极时可显著提高发射电流密度并延长器件的使用寿命. 关键词： 锥顶碳纳米管 电子场致发射 结构稳定性 密度泛函理论     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。