石墨烯折角场发射特性EI北大核心CSCD

针对直立的石墨烯边沿悬挂键易吸附气体分子,影响发射稳定性的问题,本文将石墨烯转移到墙状绝缘结构上,获得石墨烯折角.结合电感耦合等离子体刻蚀和湿法腐蚀法在硅衬底上制得墙状绝缘结构,以石墨烯折角作为场发射尖端,测试研究了石墨烯折角的场发射特性和石墨烯中内导电流对场发射的影响.结果表明:石墨烯折角的场发射开启场强为9.6V/μm;在2 000V阳极电压下,当石墨烯两端偏压从0V增加到10V时,场发射电流从4.5μA增加到15μA.     

基于导模共振效应提高石墨烯表面等离子体的局域特性

本文构建了一种包含石墨烯和亚波长光栅的复合结构, 借助衍射光栅的导模共振效应, 在石墨烯表面激发高局域性表面等离子体激元, 研究了石墨烯与光栅结构对表面等离子体激元局域特性的影响规律, 并借助基于有限元法的COMSOL软件, 分析了缓冲层厚度、光栅周期、载流子迁移率和费米能级对石墨烯的表面电场、品质因子Q和有效模式面积S_eff的影响. 结果表明, 石墨烯表面等离子体激元的局域性在特定的参数点获得显著提高: 当μ = 0.7 m²/(V·s)时, 品质因子达到最大值Q_max = 1793; 当p = 235 nm或E_F = 0.72 eV时, 表面电场达到了入射光的3000倍以上. 强烈的局域性导致强烈 的光-物质相互作用, 因而本文提出的复合结构可实现高灵敏度传感器和高效率的非线性光学设备, 极大地扩展了石墨烯在纳米光学领域中的应用.     

离子刻蚀用的大面积射频离子束源

离子束技术已广泛应用于电子、材料、光学、医学和生物等多种领域，并取得了可观的技术效果与经济效益，尤其是在光学领域中采用此项技术可制造大刻划面积的全息离子刻蚀光栅，对提高高精度光谱分析仪器的性能具有十分重要的意义。随着技术的发展，对离子束源也提出了更高的要求，诸如：离子束流要求大，要有良好的均匀性，且要有好的离子束的光学品质等。本文介绍的离子束源是由电感耦合等离子体源及其引出系统构成。下面主要介绍电感耦合等离子体源及其引出系统，以及大面积均匀性离子束源的应用前景及其需要解决的关键问题。     

碳纳米管场发射特性的研究

自1995年首次报道碳纳米管电子场发射实验研究以来,碳纳米管被认为是最具应用潜力的电子场发射极,特别是近几年碳纳米管合成技术的发展更促进了碳纳米管作为场发射电子源的研究。本论文对碳纳米管作为场发射电子源的研究进行了系统的总结,简洁地介绍了碳纳米管电子场发射研究的方法、理论、主要发现及意义。     

碳纳米管场发射特性的研究

自1995年首次报道碳纳米管电子场发射实验研究以来,碳纳米管被认为是最具应用潜力的电子场发射极,特别是近几年碳纳米管合成技术的发展更促进了碳纳米管作为场发射电子源的研究。本论文对碳纳米管作为场发射电子源的研究进行了系统的总结,简洁地介绍了碳纳米管电子场发射研究的方法、理论、主要发现及意义。     

含带隙石墨烯纳米带的自旋筛选输运

利用Landauer-Büttiker公式和非平衡格林函数方法,研究了在电荷和自旋偏压共同作用下的扶手椅型石墨烯纳米带的自旋相关的电子输运性质. 当系统存在两种偏压时,不用自旋的电子具有不同的偏压窗口. 同时,含带隙石墨烯纳米带具有与自旋无关的导电电压阈值. 通过设置适当的两种偏压值,系统可以产生易于调节的单一自旋的电流.     

刻线镍膜上沉积的碳纳米管场发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)方法,在刻线的镍膜上沉积碳纳米管膜。通过SEM和拉曼光谱表征,讨论了催化剂厚度、制备温度、反应时间以及甲烷浓度对碳纳米管场发射的影响。结果表明：不同条件下制备的碳纳米管的场发射性能有很大差异,保持氢气的流量(100sccm)不变,当甲烷流量为5sccm、生长时间为5min、催化剂膜厚为150nm、温度为700～800℃时,场发射性能最好,开启场强为1．3V／um,最大发射电流达到6．8mA／cm^3。     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

场发射栅孔阵列的制备

采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO2 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

六硼化镧场发射阴极阵列的制作及特性

 采用氧等离子体氧化刻蚀工艺,制备出尖锐的六硼化镧（LaBLaB₆）微尖锥场发射阵列。在二极管结构中测试了LaB₆-FEAs的场发射性能,得到了真空度为5×10^-5 Pa 下的I-V曲线及相应的Fowler-Nordheim节点。结果表明,由于LaBLaB₆材料较低的逸出功,使得阴极的开启电压较小,开启场仅为7 V/μm。此外,将氧等离子体氧化刻蚀方法与氩氧等离子体刻蚀方法和电化学刻蚀方法进行了比较,表明氧等离子体氧化刻蚀方法是制备LaB₆场发射阴极阵列的一种理想工艺。     

六硼化镧场发射阴极阵列的制作及特性

采用氧等离子体氧化刻蚀工艺,制备出尖锐的六硼化镧（LaBLaB6）微尖锥场发射阵列。在二极管结构中测试了LaB6-FEAs的场发射性能,得到了真空度为5×10-5 Pa 下的I-V曲线及相应的Fowler-Nordheim节点。结果表明,由于LaBLaB6材料较低的逸出功,使得阴极的开启电压较小,开启场仅为7 V/μm。此外,将氧等离子体氧化刻蚀方法与氩氧等离子体刻蚀方法和电化学刻蚀方法进行了比较,表明氧等离子体氧化刻蚀方法是制备LaB6场发射阴极阵列的一种理想工艺。     

导电高分子场发射特性研究

用掺杂樟脑磺酸的聚苯胺(PANI-CSA)形成的导电高分子制成的薄膜作为场致发射的阴极材料,用覆盖了荧光层(ZnO：Zn)的氧化铟锡(ITO)做阳极,由所制成的显示器件得到比较稳定的场致电子发射,并具有较低的场发射阈值电压。通过研究导电高分子薄膜形貌,初步分析了场发射电流机制。认为导电高分子薄膜产生场发射的原因是薄膜在高电场作用下,首先在平整的高分子薄膜表面形成了尖锥和凹陷,提高了场强增强因子(β)。     

太赫兹波段石墨烯等离子体的增益特性

基于麦克斯韦方程组和物质本构方程对石墨烯表面等离子体进行了研究.从理论上探索了石墨烯表面等离子体激元在太赫兹波段的增益特性曲线,并且讨论了石墨烯表面等离子体增益与石墨烯中载流子浓度、石墨烯所处温度以及载流子动量弛豫时间的关系.研究结果表明:在太赫兹波段增益峰值随着石墨烯载流子浓度的增加而发生蓝移,并且在所讨论的温度范围内,由于增益峰所对应的频率都大于1 THz,因此温度的变化对增益峰值以及相应频率的影响不大,即在不同的温度下,相同载流子浓度所对应的增益曲线上峰值的位置和强度几乎相同;增益与石墨烯载流子动量弛豫时间相关,随着载流子动量弛豫时间的增加,使得激发态激励的电子增加,从而导致石墨烯表面等离子体增益变得更大,但这种动量弛豫时间的增加却因弛豫时间对受激辐射频率影响较小而并未对增益峰值位置产生影响.     

双层石墨烯薄膜体系中的四波混频特性

理论研究了双层石墨烯薄膜体系中的四波混频特性.计算结果表明:通过调控声子-激子耦合强度、泵浦强度、激子-泵浦场失谐量的大小,四波混频谱可以在两峰、三峰、四峰、五峰、六峰结构之间切换.在弱激子-声子耦合情况下(即声子-激子耦合强度g <激子退相速率Γ₂),四波混频谱中左/右峰的最大强度随泵浦强度的增大先增大后减弱.在中间耦合(g=Γ₂)和强耦合情况下(g>Γ₂),体系中的四波混频谱展现了呈对称性的两峰结构,两峰的间距等于2g.当g从1.0 THz增至4.0 THz时,两峰的峰值都减小到原来的0.4%.本研究不仅可以用来测量双层石墨烯体系中的声子-激子耦合强度,而且有利于进一步探究双层石墨烯内部更深层的物理机理.     

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     

氢等离子体处理——一种有效提高碳纳米管场发射性能的方法

研究了经氢等离子体处理后多壁碳纳米管的场发射性能。测量了处理前后样品的电流电压特性和表面形貌。结果表明经氢等离子体处理后,发射性能明显改善,发射点密度由未经处理的104/cm2提高到106/cm2。发现了一种新的碳纳米管结构,称之为多结的碳纳米管,并讨论了样品发射性能提高的可能机理。这种处理提供了一种有效提高发射点密度和基于碳纳米管的平板显示器性能的方法,非常适用于低成本大面积场发射阴极的制作。     

等离子体刻蚀工艺的物理基础

介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展，综述了等离子体刻蚀机理的研究方法，着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性，特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题。     

纳米碳管的制备及其场发射性能研究

将Ni(NO3)2-Mg(NO3)2体系作为催化剂前驱体,在不同气源比例下用CVD催化裂解法制备纳米碳管,用SEM、TEM和喇曼光谱对其进行了表征和分析,制备出完整性好的纳米碳管.再用两种工艺和配方制备其场发射阴极,对阴极样品进行了场发射性能测试.结果表明,经过氢处理在Si基上制备的CNT阴极发光效果好,且具有良好的场发射性能.     

等离子体刻蚀工艺的物理基础

介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展,综述了等离子体刻蚀机理的研究方法,着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性,特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题.     

电化学刻蚀法制备LaB6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较.结果表明,LaB₆作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性.在〈111〉面单晶LaB₆基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB₆微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB₆基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性.该结论对LaB₆材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义.