非晶金刚石薄膜的场致电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积技术制备出一种高sp³含量的非晶碳膜———非晶金刚石薄膜，并对这种非晶金刚石薄膜的场电子发射特性及其发射机理进行了研究．实验结果表明，在阈值电场低于20V/μm情况下，得到的场发射电流达20—40μA，薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论．研究表明，这种非晶金刚石薄膜具有负的电子亲合势和较小的有效功函数以及相对较低的禁带宽度 关键词：     

氮对类金刚石薄膜的微观结构内应力与附着力的影响

采用原子力显微镜(AFM)、俄歇电子能谱(AES)和显微压痕分析等手段对射频等离子体增强化学气相沉积法制备的掺氮类金刚石(DLC：N)薄膜的微观结构和力学性能进行了研究.结果表明,随着含氮量的增加,DLC薄膜的AFM表面形貌中出现了几十纳米的颗粒,原子侧向力显微镜和AES分析表明这种纳米颗粒是x大于0.126的非晶氮化碳CN_x结构.这种非晶DLC/CN_x的纳米复合结构,减小了薄膜的内应力,从而提高了薄膜与衬底的附着力. 关键词： 类金刚石碳膜 微观结构 附着特性     

类富勒烯纳米晶CNx薄膜及其场致电子发射特性

利用微波等离子体增强化学气相沉积技术制备出了CN_x薄膜,并利用x射线光电子能谱、x射线衍射、扫描电子显微镜和Raman光谱等测试手段对所制备的CN_x薄膜的微结构和成分进行了分析.研究了其场致电子发射特性.发现薄膜的结构和场发射特性与反应系中的甲烷、氮气及氢气的流量比有关,当甲烷、氢气及氮气流量比为8/50/50 sccm时,制备的薄膜具有弯曲层状的纳米石墨晶体结构（类富勒烯结构）和很好的场发射特性.场发射阈值电场降低至1.1V/μm.当电场为5.9V/μm时,平 关键词： 类富勒烯 x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 场致电子发射 微波等离子体增强化学气相沉积     

不同氮源制备CNx纳米管薄膜及其低场致电子发射性能

采用高温热解法，分别以氯化铵(NH₄Cl)和乙二胺(C₂H₈N₂)为氮源在洁净的硅片上沉积生长CN_x纳米管薄膜.利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CN_x纳米管进行形貌观察和表征.结果显示不同氮源制备出的CN_x纳米管薄膜的洁净度、有序度以及纳米管的结构明显不同.热解乙二胺(C₂H₈N₂)/二茂铁(C₁₀H₁₀Fe)制备出的结晶度较低的“竹节状” 结构CN_x纳米管平行基底表面有序生长，而且低场致电子发射性能优越,开启电场1.0V/μm，外加电场达到2.89V/μm时发射电流密度为860μA/cm². 关键词： x纳米管')" href="#">CN_x纳米管 高温热解 “竹节状”结构 场致发射     

高温退火对非晶CNx薄膜场发射特性的影响

采用射频磁控溅射方法在纯N₂气氛中沉积了非晶CN_x薄膜样品，并 在真空中退火至900 ℃.对高温退火引起的CN_x薄膜化学成分、键合结构及其场发射特性方面的变 化进行研究.用傅里叶变换红外光谱和x射线光电子能谱分析样品的内部成分及键合结构的变化，其中sp²键及薄膜中N的含量与薄膜的场发射特性密切相关.退火实验的结果表明 高温退火可以导致CN_x薄膜中N含量大量损失，并在薄膜中形成大量sp^{2< 关键词： x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 化学键合 退火温度 场致电子发射}     

脉冲偏压电弧离子镀C-N-V薄膜的成分、结构与性能

用脉冲偏压电弧离子镀方法在硬质合金基体上制备了一系列不同成分的C-N-V薄膜.用X射线光电子能谱、激光Raman光谱、 X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕等方法分别研究了薄膜的成分、结构与性能.Raman光谱,XRD和TEM结果表明,所制备的薄膜为在类金刚石(DLC)非晶基体上匹配有VN晶体的碳基复合薄膜.随V和N含量的增加,薄膜硬度与弹性模量先增加后下降,在N含量为204%,V含量为218%时薄膜硬度与弹性模量具有最大值,分别为368和5697 GPa,高于相同条件下制备的 关键词： C-N-V薄膜 类金刚石薄膜 纳米复合薄膜 电弧离子镀     

脉冲激光对类金刚石（DLC）薄膜的热冲击效应研究

强激光辐照红外热像系统时，可造成系统的干扰和破坏，激光的波长不同，对系统的破坏效果也不同.为了保护红外系统窗口以及提高窗口的透过率，红外窗口广泛沉淀类金刚石（DLC）薄膜.当入射的激光波长位于红外系统响应波段外时，激光对系统的破坏首先是激光对DLC薄膜的破坏.以波长为1.06μm的激光为例，研究了脉冲激光对DLC薄膜的损伤机理，建立了DLC薄膜的热冲击效应模型，并通过求解热传导和应力平衡方程，得出了薄膜的温度场和应力场分布.理论分析表明，热应力破坏在脉冲强激光对DLC膜的损伤机理中占主导地位.当 辐照能量密度为E₀=100mJ·cm^-2时，在薄膜表面距光斑中心约 40μm区域内的压应 力明显超出其断裂强度，将造成膜层的剥离、脱落.理论分析与实验结果基本相符，表明建 立热冲击效应模型的正确性. 关键词： 激光辐照 类金刚石（DLC）薄膜 热冲击效应     

乙炔气体流量对纳米TiC类金刚石复合膜的化学结构及力学性能影响

采用离子注入与反应磁控溅射相结合的方法在钛合金及硅片基体表面上制备了纳米TiC类金刚石(DLC)复合膜.通过纳米压痕技术检测了薄膜的纳米硬度，显微划痕试验评估了薄膜的结合力.通过X射线光电子能谱及X射线衍射表征了薄膜的化学结构.结果表明，通过改变C₂H₂气体流量，可以达到控制薄膜中钛原子含量的目的，合适的C₂H₂气体流量可以在DLC膜中形成较多的纳米TiC晶粒，形成DLC包覆TiC晶粒的复合结构，使DLC膜力学性能得到明显提高.另外，划痕试验表明掺钛、先注入后沉积工艺都使薄膜的结合力得到了较大提高. 关键词： 纳米TiC类金刚石复合膜 类金刚石膜 力学性能     

类球状微米金刚石聚晶的场发射

在覆盖金属钛层的陶瓷上,采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱,X射线衍射,分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性。开启电场仅为0.55V/μm,在2.18V/μm的电场下,其场发射电流密度高达11mA/cm2。仔细分析了膜的发射过程,发现类球状微米金刚石聚晶的结构对发射有很大影响,并对其发射机理进行了研究。     

离子束辅助沉积对类金刚石膜结构影响的计算机模拟

采用分子动力学(MD)模拟研究了离子束辅助沉积(1BAD)生长类金刚石(DLC)膜的物理过程.分 别选C₂分子和Ar离子作为沉积源和辅助沉积粒子.改变Ar的入射能量和到达比(A r／C)，研 究了它对DLC膜结构的影响.重点讨论了Ar辅助沉积引起表面原子的瞬间活性变化对薄膜结构 产生的影响.分析表明，由于Ar离子的轰击引起的能量和动量的传递，大大地增强了C原子在 表面的反冲动能及迁移概率，增加了合成薄膜的SP³键含量.研究结果和实验 观察一致，并从合成机理上给出了一些定量解释. 关键词： 类金刚石膜 离子束辅助沉积 分子动力学模拟     

碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究

采用高温热解法在860℃分别制备出了碳、碳氮和硼碳氮纳米管，提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜，并测试了它们的场发射性能.结果表明：碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管薄膜的开启电场分别为2.22，1.1和4.4V/μm，当电场增加到5.7V/μm时，它们的电流密度分别达到1400，3000μA/cm²和小于50μA/cm².碳和碳氮纳米管薄膜的场增强因子分别为10062和11521.可见，碳氮纳米管的场发射性能优于碳纳米管，而硼碳氮纳米管的场发射性能比前两者要差.解释了这三种纳米管场发射性能差别的原因. 关键词： 碳纳米管 碳氮纳米管 硼碳氮纳米管 场发射     

脉冲偏压电弧离子镀CNx薄膜研究

用脉冲偏压电弧离子镀通过控制不同的氮流量在(100)单晶Si基片上制备了不同成分的CN_x薄膜.用光学显微镜,XPS,XRD,激光Raman和Nanoindenter等方法研究了薄膜的形貌、成分、结构和性能.结果表明,薄膜表面平整致密、氮含量随着氮流量的降低而降低、结构为非晶且为类金刚石薄膜;随着氮含量从18.9%降低到5.3%(摩尔百分比,全文同),薄膜的硬度和弹性模量单调增加而且增幅较大,其中硬度从15.0 GPa成倍增加到30.0 GPa;通过氮流量的调整能够敏感地改变薄膜中的sp³键的含量,是CN_x薄膜的硬度和弹性模量获得大幅度调整的本质原因. 关键词： x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 脉冲偏压 电弧离子镀 硬度     

Deposition of carbon nitride films for space application

Carbon nitride thin films were prepared by electron-beam evaporation assisted with nitrogen ion bombardment and TiN/CN_x composite films were by unbalanced dc magnetron sputtering, respectively. It was found that the sputtered films were better than the evaporated films in hardness and adhesion. The experiments of atomic oxygen action, cold welding, friction and wearing were emphasized, and the results proved that the sputtered TiN/CN_x composite films were suitable for space application.     

Effect of deposition voltage on the field emission properties of electrodeposited diamond-like carbon films

Diamond-like carbon (DLC) films were deposited on Al substrates by electrodeposition technique under various voltages. The surface morphology and compositions of synthesized films were characterized by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. With the increase of deposition voltage, the sp² phase concentration decreased and the surface morphology changed dramatically. The influence of deposition voltage on the field electron emission (FEE) properties of DLC films was not monotonic due to two adverse effects of deposition voltage on the surface morphology and compositions. The DLC film deposited under 1200 V exhibited optimum FEE property, including a lowest threshold field of 13 V/μm and a largest emission current density of 904.8 μA/cm² at 23.5 V/μm.     

Synthesis, characterization and low field emission of CNx nanotubes

Aligned CN_x nanotubes were fabricated by pyrolyzing ethylenediamine on p-type Si(1 1 1) substrates using iron as the catalyst. Scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray photoelectron spectrum (XPS) and Raman spectroscopy were used to characterize the CN_x nanotubes. The CN_x nanotubes with the average length of 20 μm and diameters in the range of 50–100 nm have the “bamboo-like” structure and worse crystalline order. The low-field emission measurements of the CN_x nanotubes indicated that 20 μA/cm² current densities were observed at an electric field of 1.4 V/μm and 1.280 mA/cm² were obtained at 2.54 V/μm. The CN_x nanotubes exhibit better field emission properties than the carbon nanotubes and the BCN nanotubes. The emission mechanism of CN_x nanotubes is also discussed.     

Field emission properties of polymer-converted carbon films by heat treatment

Carbon films were prepared on single crystal silicon substrates by heat-treatment of a polymer-poly(phenylcarbyne) at 800 °C in Ar atmosphere. The heat-treatment caused the change of the polymer into carbon film, which exhibited good field emission properties. Low turn-on emission field of 4.3 V/μm (at 0.1 μA/cm²) and high emission current density of 250 μA/cm² (at 10 V/μm) were observed for the polymer-converted carbon films. This behavior was demonstrated to be mainly related to the microstructure of the carbon films, which consisted of fine carbon nanoparticles with high sp² bonding. The carbon films, which can be deposited simply with large areas, are promising for practical applications in field emission display.