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。     

热敷法制备丝状阴极及其在场发射中的应用

采用热敷法将碳纳米管(CNT)浆料直接热敷在Ni丝上制备成丝状阴极,并在圆柱形灯管中采用二极结构测试其场发射性能.扫描电镜(SEM)测试表明,丝状阴极的表面有一层均匀的CNT材料;场发射结果表明,CNT-Ni丝状阴极与传统的场发射阴极相比具有更优良的场发射性能,开启电场为0.15 V/μm,当电压为2280V时发射电流达到4 mA.在腔体中测试其发光亮度,最高值达到了14000 cd/m2.     

水溶胶法碳纳米管薄膜及其场发射稳定性和寿命

利用高温水解法制得的Fe(OH)₃水溶胶,在衬底上引入纳米催化颗粒的前驱物Fe(OH)₃胶粒.然后利用CVD法生长出了藤蔓状和定向排列两种碳纳米管薄膜.对该工艺制备的藤蔓状碳纳米管薄膜的场发射稳定性和工作寿命进行了测试.给出了场发射电流随老练时间变化的曲线.结果表明其场发射电流在开始的一个老化期内波动剧烈,经过老化后场发射电流逐渐稳定.老化48小时后,在3.7v/μm场强下场发射电流达到1mA/cm².在电流衰减不超过30%情况下,阴极寿命超过15000小时.     

碳纳米管薄膜的场发射及其有效发射面积

讨论了薄膜与阳极间隔以及有效发射面积对碳纳米管薄膜场发射性能的影响。以磁控溅射Al和Ni在Si片上做为缓冲层和催化剂,以乙炔为C源气体,利用化学气相沉积法制备了碳纳米管薄膜。扫描电镜观测结果表明,碳纳米管的直径为50～80nm。采用二极管结构,测试了样品的场发射性能,结果表明碳纳米管薄膜具有优异的场发射特性,薄膜与阳极距离为400μm时开启场为0.85V/μm、阈值场为1.22V/μm。F-N理论计算结果表明,碳纳米管薄膜的有效发射面积几乎不随场发射所加电压的变化而改变;有效发射面积随着薄膜与阳极距离的增加而增大。     

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.     

场发射阵列阴极在行波管中的应用

场发射阵列阴极应用于行波管的不足主要表现在：FEAs发射不稳定、阴极发射电流密度较低及电子束存在散焦的问题．分析了产生这些问题的主要原因。提出了相应的解决方案,主要包括：提高真空度,选择合适的发射体材料,增加电阻层等,以提高电子发射的稳定性;优化发射体结构参量,改善制作方法等,以增大阴极发射的电流密度;对电子枪结构进行修改,解决电子柬散焦等问题。最后,概述了新型材料——碳纳米管在行波管中的应用现状,目前虽然还不成熟,却表现出了极大的潜力：     

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.     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

单晶纳米硅薄膜的制备及其场发射特性

用小电流、特殊配比溶液的电化学阳极腐蚀法在p型、〈100〉晶向、0.01Ω·cm电阻率的硅片制备了大面积纳米硅薄膜.通过SEM,TEM,XRD和Raman光谱技术分析薄膜颗粒的微细结构.实验结果表明该纳米硅薄膜由直径为10～20nm,晶向一致的颗粒紧密排列而成,具有很好的物理化学稳定性.系统研究了薄膜结构特征和溶液配比、腐蚀时间、腐蚀电流密度的关系.成功观察到该薄膜具有很好的场发射特性,在0.1μA/cm2电流密度下,其开启电场为3V/μm,接近碳纳米管的1.1V/μm.     

HfC涂覆碳纳米管增强场发射性能研究

利用PECVD方法在硅衬底卜生长碳纳米管薄膜，然后采用IBAD方法在薄膜上沉积5nm的Hf，在高温下退火后在表面形成HfC。研究了经过HfC处理前后碳纳米管膜的场发射性能，结果表明经过HfC处理后碳纳米管膜的场发射性能得到明显改善，并对提高碳纳米管场发射性能的机理进行了探讨。此方法为提高碳纳米管场发射性能提供了一种新的思路。     

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。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积及其场发射性能研究

利用电泳沉积法在铝片上制备了碳纳米管薄膜冷阴极。通过扫描电镜、Raman光谱观察分析了表面形貌和结构,并对场发射性能进行了测试。经过研磨处理的碳纳米管薄膜样品,开启电场为2V／μm,当电场强度为4V／μm时电流密度达到2600μA／cm^2,发光点密度大于10^4／cm^2。     

基于PECVD的碳纳米管生长及其场致发射特性

采用等离子体增强化学气相沉积方法,以Ni作为催化剂实现碳纳米管阵列定区域单根分立生长.扫描电子显微镜分析结果表面,碳纳米管呈现笔直生长,生长速率大于500 nm/min,长度和直径比较均匀,且具有高度的定向性,排列整齐并垂直于基底.透射电子显微镜分析结果显示,生长的碳纳米管表现典型的多壁碳纳米管结构特征,并且晶格缺陷非常少.在高真空系统中对生长的碳纳米管阵列进行场致发射特性测试,结果表明生长的碳纳米管发射阵列具有很好的场致发射特性,最大电流密度大于1 A/cm^2.老炼试验显示生长的碳纳米管阵列场致发射特性具有良好的稳定性.紫外光子谱线法测试结果表明,生长的碳纳米管的功函数为4.96 eV,由此计算出碳纳米管阵列相对应的场增强因子大于1100.本文的研究结果提供了一种简单的可实现大面积和规模化的基于碳纳米管场致发射阴极的制备途径.     

Field Emission Properties of Nitrogen-doped Amorphous Carbon Films

Nitrogen-doped amorphous carbon thin films are deposited on the ceramic substrates coated with Ti film by using direct current magnetron sputtering technique at N2 and Ar gas mixture atmosphere during deposition. The field emission properties of the deposited films have been investigated. The threshold field as low as 5.93V/μm is obtained and the maximum current density increases from 4μA/cm2 to 20.67μA/cm2 at 10.67V/μm comparing with undoped amorphous film. The results show that nitrogen doping plays an important role in field emission of amorphous carbon thin films.     

场致发射显示器的现状与发展

通过对场致发射显示器（FED）发展现状及其应用前景进行系统的比较与分析，着重讨论了场致发射体与其阵列制备工艺以及各种关键技术的优缺点，并介绍国外著名公司的研究动态，展望FED的发展趋势。     

镍基碳纳米管薄膜场致发射电流的实验测定

在不同表面宏观电场下对定向生长于镍片上的碳纳米管膜的场致发射电流密度进行了测定，被测样品是在作者提供的纯镍基片上由美国Xintek公司加工，测试条件为：发射窗口直径3mm，平行板电极系统极间的距离0．4～1．0mm，可微调，测试电压0～1000V。在相同实验条件下，多次测量电场强度与发射电流密度的关系及其稳定性。在距离不变及中等工作电压的情况下，测定了样品连续工作及反复间断工作时场致发射电流的稳定性。将测量结果分别与美国公司公布的资料及作者两年前对西安交通大学所提供的硅基片碳纳米管所做的测定结果进行了对比，依据对本次样品的测量数据建立了相应的j-E关系曲线的数学拟合函数表达式，为用本次样品设计制造碳纳米管冷阴极X线管做了准备。     

缓冲层对铜催化生长碳管形貌和性能的影响

碳纳米管的生长通常使用Fe,Co,Ni作为催化剂,除此以外的一些过渡元素也能催化裂解生长碳管。其中用铜制备的碳管阈值电场低、发射电流密度大、发射均匀性好等等良好的场发射特性。铜与硅、或金属之间具有很强的的扩散特性,而碳管应用于场发射显示器必然使用玻璃、硅片作为衬底,所以需要一层缓冲层阻挡催化剂铜扩散入衬底。本文使用磁控溅射制备铜薄膜作为催化剂,化学气相沉积方法裂解乙炔生长碳管薄膜形成场发射阴极。并试验W,Ni,Cr和Ti作为铜薄膜的缓冲层,结果表明不同的金属阻挡特性不同,生长后碳管的形貌和特性都有差异。结果表明Ti和W能很好地阻挡铜的扩散,从而使铜催化裂解出附着性好、分布均匀、密度适中、场发射特性良好的碳管薄膜。对于Ni和Cr金属,由于生长的碳管与衬底结合差或者场发射能力差而不适合作铜的缓冲层。     

印刷碳纳米管薄膜场发射失效行为研究

对基于印刷碳纳米管（CNT）薄膜的场发射器件的失效行为进行了研究。微观分析结果表明，器件失效主要是由真空击穿对CNT和导电衬底造成损坏所引起的。印刷CNT薄膜中存在的CNT团聚颗粒所造成的正反馈的发热和电流增加导致了真空击穿的发生。通过在真空室中对印刷CNT薄膜进行场发射条件下的老炼处理，有效地预防了真空击穿的发生，并使薄膜的场发射均匀性得到提高，证实了真空老炼对预防真空击穿和提高器件工作可靠性的作用。     

丝网印刷碳纳米管阴极老炼特性研究

影响碳纳米管阴极场发射稳定性和寿命的主要因素有真空度、场发射过程中的热效应以及场发射体对场发射电流的承载能力等。本文从外部特性的角度，对丝网印刷碳纳米管阴极老炼前后的场发射特性曲线进行了分析，得出了经过老炼后场强增强因子减小而有效发射面积比增大的变化规律，而且老炼电压越高，这种变化越大。这一结果与实验中发光图像的观察结果很好得吻合，说明经过老炼后，碳纳米管有效场发射点变钝而有效场发射点数量增加。