文档介绍：中山大学
博士学位论文
新型低维结构冷阴极材料的研制及其电子发射机理研究
姓名:陈军
申请学位级别:博士
专业:凝聚态物理
指导教师:许宁生
20040426
——塑墨摘要新型低维结构冷阴极材料的研制及其电子发射机理研究专业:博士生:导师:许宁生教授凝聚态物理陈军新型低维结构冷阴极材料在场发射平板显示器等真空微电子器件中有广泛本博士论文首先综述了场致电子发射理论和实验研究方法,并回顾了新型低维结构冷阴极的研究进展。论文进而重点介绍我们在薄膜和准一维纳米材料这两⒘艘惶卓梢宰酆喜馐猿≈碌缱臃⑸涮匦缘牟馐砸恰K闪送该餮极、场致电子发射显微镜、减速型场发射电子能谱仪和开尔文探针,可以测量场致电子发射的电流一电场特性、发射址分布、炀发射微观像、场发射电子能谱和诒∧だ湟跫ǚ矫妫捎么殴酥绷鹘ι涞壤胱犹宄粱椒ㄖ聘髁瞬煌掺氮浓度的类金刚石薄膜穸仍S贸》⑸渥酆喜馐砸遣馐粤怂堑场发射电流一电场特性、场发射址分布和场发射能谱。并进行了基于非简化的场发射电流公式的准隧穿模型的数值计算。作为对比,论文还制备和测量了不同厚度的非晶碳薄膜的场致电子发射特性。测量并比较了表面氢处理前后非晶碳薄膜的功函数、场发射电流一电场特性和场发射址分布。论文还进一步研究了掺氮纳谧家晃擅撞牧侠湟跫ǖ难芯糠矫妫直鹂U固寄擅坠芎驼蹲家的应用前景,因而受到人们的重视。类新型低维结构冷阴极材料的发射特性、发射机理和应用方面的研究结果。本论文的主要工作可概述如下。阴极材料的功函数等。米晶金刚石薄膜的场致电子发射特性。
维半导体纳米材料的场发射特性的研究。研究了无序碳纳米管冷阴极的制备技术。测量了无序碳纳米管、掺氮有序碳纳米管冷阴极和窄带隙准一维半导体纳米分别测量了光照和温度变化时硫化亚铜纳米线和氧化铜纳米带的场致电子发射隧穿模型解释了掺氮类金刚石薄膜的场发射机理,说明掺氮可以通过改变薄膜能带带隙,从而改变衬底与薄膜之间的势垒高度来影响场发射特性,揭示了衬底与我们还进一步用场发射电子能谱的方法证实发射出来的大部分电子是来自薄膜的导带,而少数是从带间能级发射出来的,从而为准隧穿模型提供了进一步的实谔寄擅坠芾湟跫ǖ难芯糠矫妫票赋龇⑸湫阅苡乓焯寄擅坠芾湟跫ú法直接生长碳纳米管的方法。研制出了纳米管冷阴极像素管,工作寿命超过小时,性能达到实际应用的要求。首次得到了掺氮碳纳米管的场发射特性,并发现掺氮可以提高碳纳米管的场发射特性。谡栋氲继迥擅撞牧侠湟跫ǚ矫妫状窝芯苛苏栋氲继辶蚧铜纳米线和氧化铜纳米带的场致电子发射特性。用实验证明具有半导体性质的纳米线具有良好的场发射特性,并发现光和热分别对窄带隙半导体纳米材料场发射关键词:场致电子发射,类金刚石薄膜,纳米晶金刚石薄膜,准一维纳米材材料硫化亚铜纳米线和氧化铜纳米带的场发射电流一电场特性和场发射址分布。特性。本论文还开展了碳纳米管在冷阴极像素管上的应用的研究。在上述工作中我们取得的主要成果如下。睦嘟鸶帐∧さ某》⑸洌岢隽俗***泶┠P停⒂实验加以证实。结合掺氮对类金刚石薄膜场发射特性的影响的实验结果,运用准薄膜之间的界面对薄膜场发射的控制作用。同时解释了甆曲线中的非线性的原因,指出了在甆曲线低电场段的非线性是由热发射到场发射的过渡引起。另外,实现了在显示器件上的应用。发明了一种在不锈钢衬底上用热分解化学气相沉积料,碳纳米管攵员验证据。有显著的效应。摘要
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第碌悸研究背景场致电子发射是指在高电场的作用下电子从固体缃鹗的表面隧穿进入—方程,,并且利用它研究钨尖针的场致电子发射现象场致电子发射显微镜不仅为金属材料表面结构的研究提供了有力的手段,而且继开展,逐步促使新型冷阴极材料的研究得到发展,并成为一个研究热点。.庹胄屠湟跫到真空的物理过程>,提出场致电子发射是外加电场的作用下,金属表面势垒降低,,。后来,人们认识到,除了在表面科学研究的应用外,场致电子发射现象还有一个更重要的应用,即利用它来制作电子源。与利用热电子发射原理的热阴极不同,场致电子发射电子源,也被称为冷阴极,工作时不需要加热。它具有功耗小、反应速度快等优点。上个世纪的九十年代之前,冷阴极的材料主要为难熔金属,如钼和钨,后来又采用了半导体硅。九十年代以后,金刚石薄膜和碳纳米管等新型低维