电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜

目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法在热丝化学气相沉积(HFCVD)技术的基础上,针对不同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不同组织结构的薄膜。采用SEM观察薄膜的表面形貌,用Raman检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征薄膜的场发射性能。结果外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD沉积过程。磁场的主要作用是降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp~3相向sp~2相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm,加入电场或电磁耦合场后,薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm,场发射性能提高。甲烷浓度为5%时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm依次下降为11.5、9 V/μm,电磁耦合场的刻蚀作用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm),场发射性能最好。结论采用外场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时,不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。