金刚石薄膜场发射进展

评述了国际上金刚石薄膜场发射的研究进展和存在的问题，主要包括金刚石薄膜场发射现象，场发射的可能机制和改善场发射的措施。     

硅基籽晶上化学气相沉积金刚石薄膜及其场发射特性

通过控制电泳沉积(EPD)时间,在硅基片上沉积不同密度的金刚石籽晶。再用热丝化学气相沉积(HFCVD)设备,在硅基籽晶上合成多晶金刚石薄膜。薄膜中通常含有非金刚石相碳成分。用扫描电子显微镜(SEM)和Raman光谱对样品的表面形貌和成分进行了表征,测量了样品的场发射特性。比较并分析了样品的表面形貌和非金刚石成分上的差异对金刚石薄膜场发射特性的影响。     

用热丝CVD技术制备场发射冷阴极金刚石薄膜

以甲烷和氢气的混合气体为原料,用热丝化学汽相淀积法,在(100)硅衬底上800℃温度时异质生长出适合场发射的金刚石薄膜.然后用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和喇曼光谱仪等对其进行了分析,结果表明,所制备的薄膜是多晶金刚石,而且在(111)晶相择优生长.在扫描电子显微镜下(111)晶粒的外形几乎都是四面体结构,具有很多尖端,可以加强一定电压下的电场,所以所制备的薄膜能够满足低压场发射的要求.     

金刚石薄膜/立方氮化硼异质结的制备

文内报告了金刚石薄膜/立方氮化硼异质结的制备过程,然后采用自制的 测试装置对其伏-安特性进行了测试。     

不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究

采用脉冲激光沉积 (PLD) 方法在Si及SiC基底上制备了相同厚度的GaN纳米薄膜并对其进行了微结构表征及场发射性能测试分析. 结果表明: 基底对于GaN薄膜微结构及场发射性能具有显著的影响. 在SiC基底上所制备的GaN纳米薄膜相对于Si基底上的GaN纳米薄膜, 其场发射性能得到显著提升, 其场发射电流可以数量级增大. 场发射显著增强应源于纳米晶微结构及取向极化诱导增强效应. 本研究结果表明, 要获得优异性能场发射薄膜, 合适基底及薄膜晶体微结构需要重点考虑. 关键词： 基底 GaN 纳米薄膜 场发射     

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.     

氮化硼薄膜的红外光谱研究

用磁控溅射法制备六角氮化硼薄膜,在衬底温度、衬底偏压、工作气压等条件一定的情况下改变工作气体(氮气+氩气)中氮气的比例,以制备高质量的六角氮化硼薄膜,薄膜以红外吸收光谱标识。实验结果表明,工作气体中氮气的比例对制得的六角氮化硼薄膜有很大影响,在氮气比例为20%时得到理想的六角氮化硼薄膜。     

立方氮化硼薄膜的生长特性与粘附性研究

用X射线衍射技术、红外吸收光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对热丝辅助射频等离子体化学汽相沉积法制备的立方氮化硼(c-BN)薄膜的生长特性和粘附性进行了研究.改变生长条件，在Si、不锈钢和Ni衬底上沉积c-BN薄膜，进而研究了c-BN薄膜的质量和生长条件与衬底之间的关系.实验发现，Ni衬底上生长的薄膜c-BN含量较高，且粘附性好.当Si衬底上溅射一层Ni过渡层，再生长c-BN薄膜，薄膜中c-BN含量提高，与Si衬底的粘附性也显著增强. 关键词：     

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。     

电子束蒸发制备氮化硼薄膜的红外光谱研究

用电子束蒸发法制备氮化硼薄膜, 分别研究束流大小和蒸发时间长短对薄膜质量的影响, 薄膜以红外吸收光谱标识。实验结果表明, 束流大小和蒸发时间长短对薄膜质量都有影响, 经过900℃氮气保护退火后, 都得到了高立方相含量的氮化硼薄膜。     

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)。     

直流磁控溅射氮化铁薄膜生长的动力学标度

利用直流磁控溅射方法,以Ar/N2作为放电气体,通过改变放电气体中N2的流量(N2流量比分别为5%,10%,30%,50%)及溅射时间(160,30,20,10,5min),在玻璃衬底上沉积了FexN薄膜。用X射线光电子能谱(XPS)方法确定了不同N2流量下薄膜的成分;X射线衍射(XRD)方法分析了不同N2流量下的FexN薄膜结构,当N2流量比为5%时获得了FeN0 056相,10%时为ε Fe3N相,30%和50%流量比下均得到FeN相。利用原子力显微镜(AFM)和掠入射X射线散射(GIXA)方法研究了膜表面的粗糙度和形貌,发现随着N2流量的增加,薄膜表面光滑度增加,薄膜表面呈现自仿射性质。动力学标度方法定量分析表明:薄膜表面因不同N2流量的影响而具有不同的动力学指数,当氮气流量比为5%时,静态标度指数α≈0 65,生长指数β≈0 53±0 02,薄膜生长符合基于Kolmogorov提出的能量波动概念的KPZ模型指数规律。     

六硼化镧薄膜场致发射的特性

阵列薄膜是在制备好的尖锥阵列上沉积其他材料的薄膜,以提高场发射阴极性能,它是一种有效的提高场发射阴极性能的方法。在n型硅片上先后采用氧化、光刻、干法刻蚀、氧化削尖等工艺,制备出曲率半径很小的硅尖锥场发射阵列,硅阵列中每个硅尖锥的底半径约2μm,锥高约1.04μm,每个硅尖之间间隔6μm,尖端的曲率半径约50nm,锥角约56°,尖锥阵列的密度约106/cm2。为了降低硅尖锥的功函数及提高抗离子轰击能力,通过电子束蒸发在硅尖阵列上沉积六硼化镧(LaB6)薄膜,薄膜的厚度大约50nm,锥尖曲率半径变为约111nm。X射线衍射(XRD)分析结果表明,电子束沉积在硅尖端的LaB6具有良好的结晶特性。硅尖锥及不同的真空度下阵列薄膜的场致发射I-V特性及电流发射稳定性的测试结果表明:沉积LaB6的薄膜阴极阵列的总发射电流达到125μA,是纯硅尖锥阵列125倍。并且硅阵列六硼化镧薄膜具有良好的场发射稳定性,是一种理想的薄膜场发射阵列。     

Infrared Spectroscopy Investigation of Cubic Boron Nitride Films

Abstract

FT-IR Spectroscopy have been used for identifying both the structure of BN and the intensity of the compressive stress in cubic boron nitride (c-BN) film prepared by a unbalanced of (13.56 MHz) magnetron sputtering of a hexagonal boron nitride target in a mixture argon and nitride discharge. A T(temperature) - V(negative bias) phase diagram was obtained using the phase structure identify by IR spectra. Comparing the reflection infrared spectra (RIR) with the transmission infrared spectra (TIR) measured from same c-BN film, it is firstly found that RIR peak position of c-BN is lower than TIR peak position of c-BN, this means that the compressive stress on the surface layer of c-BN film is smaller than that inside c-BN film, may be this is the reason why thicker c-BN film can not be synthesized. A higher IR peak position of 1064 cm^?1 and a lower peak position 1004.7 cm^?1 were detected from a broken and partly peeled off c-BN film. The peak position of 1064 cm^?1 agrees with that of bulk c-BN at 1065 cm^?1 which was synthesized at high temperature and high pressure, while the peak position of 1004.7 cm^?1 accords well with the result calculated (1004 cm^?1) by Wentzcovitch and it may be closes to that of the stress free value of c-BN. Using the result measured by Ulrich, the shift rate of IR peak position of c-BN in the films is about 3.8 cm^?1/Gpa to be obtained.     

Orientation Sensitive EELS-analysis of Boron Nitride Nanometric Hollow Spheres

We present a theory for the inelastic scattering cross-section in hexagonal boron nitride. Explicitly accounting for effects of beam convergence and a finite collection aperture, we present an approach that well describes the form of the observed Boron K-edge. We use this technique to investigate the crystallographic structure of boron nitride nanometric hollow spheres.     

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。