排列形状及阵列数目对纳米导线阵列场发射性能的影响

为了进一步研究纳米导线阵列的排列形状以及阵列数目对其场发射行为的影响，利用镜像悬浮球模型对正方形以及六边形排列的纳米导线阵列的场发射行为进行计算与模拟，近似的得到纳米导线阵列的场发射增强因子满足如下的变化趋势：β=h/ρ(1/1+W)+1/2(1/1+W)²+3,其中h为纳米导线的高度，ρ为纳米导线的半径，W是以R为自变量的函数，R为纳米导线阵列的间距.结果显示纳米导线阵列的排列形状对其场发射性能的影响较小，而阵列间距则是影响场发射性能的关键因素：当R<R₀时，场发射增强因子随着阵列间距的减小而急剧减小；当R>R₀时，场发射增强因子基本不变，其中R₀为导线阵列场发射的最佳间距.进一步研究表明改变纳米导线阵列的数目基本不会改变阵列的场发射性能随间距的变化趋势，但是随着阵列数目的增加，R₀会有一定程度的减小，场发射增强因子也会降低. 关键词： 纳米导线 场发射 增强因子 阵列数目     

纳米碳管阵列场发射电流密度的理论数值优化

以纳米碳管阵列为研究对象,利用镜像悬浮球模型及Fowler-Nordheim电流密度公式,对纳米碳管阵列的场发射电流密度进行计算,进而综合考虑场发射增强因子及场发射电流密度对纳米碳管阵列场发射性能进行定量优化.参考碳管阵列场发射电流密度最大值及场发射增强因子,表明当纳米碳管阵列间距为碳管高度十分之一时,纳米碳管阵列的场发射性能得到优化.与以前的理论估算结果相比,优化的阵列间距进一步减小.当纳米碳管间距过大,场发射增强因子增加,而场发射电流密度会在更大程度上减小;当纳米碳管密度较大时,场发射增强因子受到静电 关键词： 纳米碳管 场发射 增强因子 电流密度     

单根准直碳纳米纤维的场发射特性

采用等离子体增强热灯丝化学气相沉积方法，以甲烷和氢气为反应气体，在钨丝衬底上制备出准直的碳纳米纤维(CNFs)，其生长密度小于10.6cm-2，长度为6—30μm，直径为60—100nm.并采用自制的双探针扫描电子显微镜系统，对所生长的单根CNF作了场发射特性研究.结果表明，其场发射开启电压约为5V/μm，相应的发射电流达到20μA/cm2，同时，对不同长度的CNFs及单根CNF不同位置的场发射研究表明，场发射电流的大小不仅与材料本身的功函数、外电场场强、材料的微观结构以及宏观的几何结构有关，而且电子在输运过程中所受到的散射也是决定场发射电流大小的关键因素. 关键词： 碳纳米纤维 化学气相沉积 场发射 扫描电子显微镜     

纳米碳管阵列场增强因子的计算

采用悬浮球模型，结合对称的镜像电荷层方法，对静电场中纳米碳管阵列的场增强因子进行了计算，并在考虑极板间距的情况下，对其计算结果做了修正.结果表明：纳米碳管阵列的间距对纳米碳管阵列的场发射性能影响很大.当纳米碳管阵列中碳管间距小于碳管高度时，场增强因子随间距的减小而急剧减小；而当碳管间距显著大于碳管高度时，场增强因子几乎不变.但当考虑阴阳极之间单位面积通过的场发射电流时，可论证当管间距与管高度相若时，能使场发射电流密度最佳(最大).另外，极板间距对场增强因子的影响很小，但是可以通过减小极板间距，来降低纳米碳管作为场发射体的场发射的开启电压，优化纳米碳管的场发射性能. 关键词： 纳米碳管阵列 场增强因子 开启电压     

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     

纳米金刚石的变温场发射

研究了温度变化对沉积在钛基底上的纳米金刚石的场发射特性的影响,发现纳米金刚石场发射电流随温度和电场的升高而增大,场发射特性偏离了传统的Fowler-Nordheim理论,场发射电流的稳定性基本没有变化.分析了场发射电流增大的机理,表明是由于纳米金刚石的尺度效应以及外电场下金刚石产生了大量的热载流子共同作用的结果.研究还表明基底钛在温度升高到一定程度后,在外加电场下会有较大的电流产生,对场发射造成较大的影响,表明基底钛具有一定的温度敏感性和电压敏感性.     

纳米金刚石的变温场发射

研究了温度变化对沉积在钛基底上的纳米金刚石的场发射特性的影响,发现纳米金刚石场发射电流随温度和电场的升高而增大,场发射特性偏离了传统的Fowler-Nordheim理论,场发射电流的稳定性基本没有变化.分析了场发射电流增大的机理,表明是由于纳米金刚石的尺度效应以及外电场下金刚石产生了大量的热载流子共同作用的结果.研究还表明基底钛在温度升高到一定程度后,在外加电场下会有较大的电流产生,对场发射造成较大的影响,表明基底钛具有一定的温度敏感性和电压敏感性. 关键词： 场发射 纳米金刚石 尺度效应 热载流子     

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。     

带栅极纳米线冷阴极的场增强因子研究

场增强因子是体现场发射冷阴极器件性能优劣的重要参数.利用静电场理论给出了一种带栅极(normal-gated)纳米线冷阴极的场增强因子表示式β=k₁{N²·(L-d₁)²+［1/k₁+(L-d₁)］²}^1/2，且进一步分析了几何参数对场增强因子的影响.结果表明，纳米线突出栅孔的部分(L-d₁)与栅孔半径越大，则场增强因子越大；而纳米线半径越小，则场增强因子越大；当L远大于d₁时满足β∝L/r₀.其中N=N₁(k₁r₀)/N₀(k₁r₀)，N₀(k₁r₀)和N₁(k₁r₀)分别代表零阶和一阶Neumann函数，k₁=0.8936/R，R为栅孔半径，L为纳米线长度，r₀为纳米线半径，d₁表示阴极与栅极间距.     

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.     

栅极调制纳米线的场增强因子计算

利用悬浮球模型和镜像电荷法计算了栅极调制纳米线的顶端表面电场,给出了场发射增强因子表达式β=1/2（3.5+L/r₀+W）,式中L与r₀分别是纳米线长度与顶端表面曲率半径,W是由栅孔半径R、阴极与栅极间距d以及纳米线自身几何参数所决定的函数．结果表明,纳米线长径比对场增强因子的影响很显著;当阴极与栅极间距较近时,场增强因子随d的增加而减小 关键词： 栅极调制纳米线 场增强因子 悬浮球     

Local field emission of electrons from an individual boron nanowire at nanometer electrode separation

The field electron emission properties of an individual β-rhombohedral boron nanowire (β-r BNW) with electrode separation at nanoscale have been studied by ultrahigh vacuum four-probe scanning tunneling microscope (STM) system. A reproducible and stable emission current can be obtained. The maximal emission current density of individual boron nanowire is about 5 × 10⁴ A/cm² at a low bias voltage (80 V). An obvious deviation from the Fowler-Nordheim (FN) theory appears, when the electrode separation reduced below 120 nm. This deviation is tentatively assumed to due to the invalidation of free electron cloud approximation in FN theory.     

Raman spectroscopy and field electron emission properties of aligned silicon nanowire arrays

Arrays of aligned silicon nanowire (SiNW) were synthesized on a silicon (1 0 0) substrate by self-assembling electroless nanoelectrochemistry. Compared with that of bulk crystal silicon, the first-order Raman peak of the silver cap-removed SiNW arrays shows a downshift and asymmetric broadening due to the phonon quantum confinement effects, and intensity enhancement. Field electron emission from the SiNWs was also investigated. The turn-on field was found to be about 12 V/μm at a current density of 0.01 mA/cm². These highly densified and ordered SiNW arrays can be expected to have favorable applications in vacuum electronic or optoelectronic devices.     

阴极金属微凸起电场增强因子数值模拟

 利用有限元方法对无穷大平板二极管中阴极表面金属微凸起的微观电场增强因子进行了计算研究,给出了微凸起微观电场增强因子随凸起参数的变化规律,拟合得到了微观电场增强因子的简单实用的经验表达式,并与文献中的近似公式进行了比较。模拟的结果表明,对锥状球头微凸起的电场增强因子,文献给出的近似公式误差较大,应避免使用。     

阴极金属微凸起电场增强因子数值模拟

利用有限元方法对无穷大平板二极管中阴极表面金属微凸起的微观电场增强因子进行了计算研究,给出了微凸起微观电场增强因子随凸起参数的变化规律,拟合得到了微观电场增强因子的简单实用的经验表达式,并与文献中的近似公式进行了比较。模拟的结果表明,对锥状球头微凸起的电场增强因子,文献给出的近似公式误差较大,应避免使用。     

Modeling and simulation for the field emission of carbon nanotubes array

To optimize the field emission of the infinite carbon nanotubes (CNTs) array on a planar cathode surface, the numerical simulation for the behavior of field emission with finite difference method was proposed. By solving the Laplace equation with computer, the influence of the intertube distance, the anode–cathode distance and the opened/capped CNT on the field emission of CNTs array were taken into account, and the results could accord well with the experiments. The simulated results proved that the field enhancement factor of individual CNT is largest, but the emission current density is little. Due to the enhanced screening of the electric field, the enhancement factor of CNTs array decreases with decreasing the intertube distance. From the simulation the field emission can be optimized when the intertube distance is close to the tube height. The anode–cathode distance hardly influences the field enhancement factor of CNTs array, but can low the threshold voltage by decreasing the anode–cathode distance. Finally, the distribution of potential of the capped CNTs array and the opened CNTs array was simulated, which the results showed that the distribution of potential can be influenced to some extent by the anode–cathode distance, especially at the apex of the capped CNTs array and the brim of the opened CNTs array. The opened CNTs array has larger field enhancement factor and can emit more current than the capped one.