碳纳米管的场发射特性研究

主要探讨碳纳米管场发射特性的理论,希望能将碳纳米管所拥有的绝佳场发射结果应用在场发射显示器与其他电子元件上。本文首先对碳纳米管的场发射特性进行了理论分析与应用价值的讨论,由分析可以看出,碳纳米管的场发射特性是会受到彼此间屏蔽效应的影响的。最后,本文分析归纳出与碳纳米管场发射特性相关的各种因素,这对日后研究碳纳米管在场发射显示器上的应用会有不错的帮助。     

碳纳米管场发射阴极电泳法制备及场发射特性研究

采用电泳沉积法在玻璃基板上成功制备出碳纳米管场发射阴极,采用扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌,并对制备的碳纳米管阴极进行场发射测试.实验结果表明电泳2 min沉积的碳纳米管薄膜均匀连续且具有较好的场发射特性,其开启电场为3.1 V/μm,当外加电场强度为11.5 V/μm时场发射电流密度达到11.33 mA/cm2,经过10 V/μm的电场激活处理后样品具有较好的场发射稳定性.     

大电流密度碳纳米管阴极的生长及场发射性能研究

研究了碳纳米管作为大电流密度场发射阴极的CVD生长情况与场发射性能。结果表明,通过CVD生长的碳纳米臂的直径与催化剂颗粒的直径相近,其生长方向是随机的。根据薄膜厚度与催化剂颗粒的关系,认为通过控制催化剂薄膜的厚度可能会达到调节碳纳米管直径的目的。在实验中获得的碳纳米管具备了良好的场发射性能,在直径为0．13mm的圆形面积上获得的碳纳米管场发射平均电流密度达到1．28A／cm^2。     

表面形貌特殊的碳纳米管薄膜及其场发射增强

采用磁控共溅射法在Si片表面镀NiTi膜作为碳纳米管生长的催化剂,制备出表面形貌特殊的碳纳米管薄膜,如"丘状"和"星状"的表面微结构。通过扫描电子显微镜对碳纳米管薄膜的形貌进行表征,采用二极管形式测试了碳纳米管薄膜的场发射性能。实验结果表明,这两种碳纳米管薄膜都具有优异的场发射性能,10μA/cm~2时的开启电场分别仅为1.02 V/μm和1.15 V/μm,在外加电场为2.4 V/μm时的电流密度分别达到4.32 mA/cm~2和6.88 mA/cm~2。通过场发射FN的曲线计算得到的场发射增强因子分别为10113和6840。这两种碳纳米管薄膜优异的场发射性能与其表面的微结构有关。表面的粗糙结构增强了部分碳纳米管的局域电场,易于发射电子。     

用探孔场发射显微镜研究单壁碳纳米管的场发射

探孔场发射显微镜可以观测样品的场发射图象,又能测量局域场发射电流和总场发射电流与电压的关系.本文利用具有二维调节探孔位置的场发射显微镜装置测量了单壁碳纳米管场发射图象不同区域、不同吸附状态和经过热处理后的I-V特性.     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

电泳电压对碳纳米管沉积薄膜及阴极场发射特性影响

电泳法是制作碳纳米管冷阴极的重要方法.电泳电压是电泳过程中的重要参数,不同电压会影响阴极沉积的厚度和效率、形貌结构及场发射特性.实验对比研究和机理分析认为,电压在20～30 V区间内较易获得良好的碳纳米管场发射冷阴极.针对电泳边缘增厚效应,提出减小电场强度边缘效应方法.     

激光生长碳纳米管图案及其场发射应用

利用半导体激光局域加热催化剂,实现了在透明基底上碳纳米管(CNT的生长.通过调节激光的照射光点,来准确控制碳纳米管的生长位置.这种方法解决了在面积透明基底上室温合成碳纳米管的问题,可以很方便地实现基于碳纳米管阴极的场发射平板显示器.     

碳纳米管场发射显示器研究现状

碳纳米管被认为是目前最有前途的场发射显示材料之一。本文将概述碳纳米管显示器件常用的制造工艺，并介绍其发射性质研究和在显示器件应用方面近期的进展。     

丝网印刷碳纳米管阴极场发射点开启场强的分布统计

由于碳纳米管阴极场发射点数量巨大，分布无规律，无法单独测量各个场发射点的开启阈值，所以一直没有效的实验方法获得碳纳米管阴极中场发射点开启阈值的分布规律。本文采用丝网印刷碳纳米管点阵作为阴极，通过不同电压下该阴极场发射发光亮点的统计，间接地获得了丝网印刷碳纳米管阴极中场发射点开启阈值的分布规律。在此基础上，通过过压老炼的方法，有效地压缩了碳纳米管阴极场发射开启阈值的分布，显著提高了碳纳米管阴极场发射的均匀性。     

DLC薄膜处理的碳纳米管冷阴极场发射特性

碳纳米管(CNT)作为场发射冷阴极材料被应用于真空微纳电子器件.如何获得低电场发射和稳定发射,是碳纳米管冷阴极在器件中应用需要解决的问题.选择类金刚石(DLC)薄膜,利用磁过滤真空弧等离子技术产生DLC薄膜,对碳纳米管表面进行镀膜处理.场发射实验表明,经DLC薄膜处理后的碳纳米管冷阴极的场发射开启电场强度由3.3 MV/m下降至1.9 MV/m,相应的阈值电场强度也从6.5 MV/m下降至5.3 MV/m,并且在场发射性能提高的同时场发射的均匀性没有受到影响.DLC膜处理可以作为一种改善碳纳米管冷阴极场发射特性的技术.     

衬底温度对制备出CNT膜的影响

在陶瓷衬底上通过磁控溅射方法镀上金属钛层,用含铁杂质的氧化硅对钛层进行抛光,通过微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法在不同的温度下短时间里制备出CNT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。仔细研究不同温度下制备的CNT膜,得出衬底温度400℃时制备的碳膜是以非晶碳为主,600℃时置备的碳膜是良好的碳纳米管膜,800℃制备的碳纳米管膜的缺陷变得很多,以碳纳米链为主。最后得出了温度对催化活性有很大影响的结论。     

场发射压力传感器力敏感膜的形变特性分析

利用有限元法计算分析了以阴极尖锥阵裂体作为力敏感膜的形变特性,给出了用表达式计算尖锥阵列体形变的修正值,为后继工作提供了可以选择的技术途径。     

铜钼叠层基板的热学特性仿真研究

采用有限元方法,仿真研究了不同层数和材料厚度比的铜钼叠层基板对芯片散热特性的影响。结果表明,2层和3层的铜钼叠层材料均可以有效综合Cu高热导率和Mo低膨胀系数的优点。在相同铜钼总厚度比的情况下,相比于2层材料,3层材料可以实现更好的散热特性。对于1 mm的基板厚度,铜钼铜厚度比为0.2∶0.6∶0.2时可以同时实现较低的温度和热应力。通过调整基板结构参数,可以显著改变芯片的最高温度和最大热应力,满足不同封装领域的需求。     

纳米石墨片的制备及场发射特性

将可膨胀石墨粉放入家用微波炉中进行微波辐照,使石墨粉发生燃烧膨胀,将燃烧的产物用无水乙醇超声后旋涂于硅片上,用扫描电子显微镜(SEM)观察其形貌,得到仅几纳米厚的准二维结构的纳米石墨片。对其进行场发射特性测试,结果显示其具有优异的场发射性能,其开启场强为5.9V/μm,对应的电流密度为0.01mA/cm2。在场强为10.25V/μm时,得到最大发射电流密度为5.9mA/cm2。该纳米石墨片制作方法简单、快捷,可成为一种优异的准二维场发射电子源。     

碳氮纳米管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,在玻璃衬底上600℃～650℃的低温下制备出了碳氮纳米管薄膜,氮含量为12％,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)和Raman光谱等测试手段对所制备薄膜的表面形貌、微结构和成分进行了分析,并研究了其场致电子发射特性,阈值电场为3．7V／μm。当电场为8V／μm时,电流密度为413．3μA／cm^2,实验表明该薄膜具有优异的场发射性能,而且用这种方法制备的薄膜将大大简化平板显示器件的制作工艺。     

微米金刚石聚晶薄膜场发射点的研究

采用微波等离子化学气相沉积方法,以甲烷和氢气为反应气体,在镀有金属钛的陶瓷衬底上,制备了微米金刚石聚晶薄膜.利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征.用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能,结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒.进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能,发现多种因素对场发射的性能有影响.     

衬底温度对氧化锌薄膜场发射性能的影响

利用射频磁控溅射法制备了不同衬底温度的氧化锌(ZnO)薄膜.研究了其场发射特性,分析了场发射特性和衬底温度的变化关系.实验结果表明, 开启电场随着衬底温度的增加呈先增大后减小的趋势,场发射特性的变化是由于衬底温度的改变引起表面形貌的变化所致.衬底温度为300 ℃时沉积的ZnO薄膜样品粗糙度最小,场发射性能最差,其开启场强为1.7 V/μm,场强为3.8 V/μm时电流密度仅为0.001 97 A/cm2;衬底温度为400 ℃时沉积的ZnO薄膜样品表面粗糙度最大,场发射特性也优于其他薄膜;开启场强为0.82 V/μm, 场强为3.8 V/μm时电流密度稳定在0.03 A/cm2.Fowler-Nordheim(F-N)曲线为直线表明, 电子是在外加电场的作用下隧穿表面势垒束缚发射到真空的.