片上电子源的研究现状(二)

本文主要回顾总结近数十年来片上电子源的研究工作及最新进展,包括场发射片上电子源、内场发射片上电子源以及新型热发射微型片上电子源。本文从这些片上电子源的基本原理、加工制备以及工作性能(包括工作电压、工作真空、发射电流、发射电流密度和发射效率)等方面进行比较,分析各种片上电子源的优劣点,为片上电子源的发展现状做一个简单的总结。     

场致发射阴极材料的研究与进展

场致发射显示器是一种新型的具有竞争力的平板显示器,场致发射阴极是场致发射显示器的重要组成部分.介绍了各种场致发射阴极材料及其特性,分析了场致发射机理及各种场致发射阴极材料最新进展,并简单讨论了场致发射材料国内外开发应用研究现状及差距.     

定向碳纳米管的制备及其场发射性能研究

定向碳纳米管的制备方法是碳纳米管场发射显示器技术领域一项十分关键的技术.简要介绍了定向碳纳米管的制备方法、结构检测技术,并综合评述了影响定向碳纳米管场发射性能的因素.     

植布法制备镍基碳纳米管场发射阴极及其性能研究

提出了一种新型的制备碳纳米管场发射阴极的方法———植布法,详细描述了植布法工艺,并用扫描电镜观察植布法得到的样品的表面形态,讨论了球磨工艺、碳管和聚合物分散剂不同质量配比,及聚合物介质刻蚀时间的长短对最终场发射阴极性能的影响。实验表明植布法制备的场发射阴极具有良好的场发射性能,如低的开启电压（约为1.7V/μm）,高的电流密度（在3.6V/μm下,电流密度可以达到26mA/cm2）。该方法结合了传统直接生长和丝网印刷法制备碳纳米管阴极的优点,实现了碳纳米管与金属基底可靠结合的结构,广泛适用于以该结构作为核心功能单元的器件。     

MgO纳米线的制备及其电子发射性能的研究

采用碳热还原-氧化法成功制备大小均匀的MgO纳米线,采用场致发射电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)表征其形貌及晶体结构。采用丝网印刷将MgO纳米线转移到阴极电极,并将阴极电极与印刷有荧光粉的阳极电极组装成二级场致发射器件。场致电子发射测试表明MgO纳米线具有较好的电子发射特性:其阈值电场强度仅为3.82V/μm(1mA/cm2),最高电流密度达到2.68mA/cm2(4.01V/μm),发光亮度为1152cd/m2,4h内没有明显的衰减。MgO有望作为冷阴极材料在场致发射器件上得到应用。     

Ultrafast Field‐Emission Electron Sources Based on Nanomaterials

The search for electron sources with simultaneous optimal spatial and temporal resolution has become an area of intense activity for a wide variety of applications in the emerging fields of lightwave electronics and attosecond science. Most recently, increasing efforts are focused on the investigation of ultrafast field‐emission phenomena of nanomaterials, which not only are fascinating from a fundamental scientific point of view, but also are of interest for a range of potential applications. Here, the current state‐of‐the‐art in ultrafast field‐emission, particularly sub‐optical‐cycle field emission, based on various nanostructures (e.g., metallic nanotips, carbon nanotubes) is reviewed. A number of promising nanomaterials and possible future research directions are also established.     

氮化碳在场发射冷阴极材料中的研究进展EI北大核心CSCD

氮化碳具有优良的热稳定性、高热导率、较大的禁带宽度和负的电子亲和势等优点,是一种极具潜力的场发射阴极材料。本文在介绍氮化碳的结构、性能以及作为场发射材料的研究现状的基础上,着重评述了氮化碳薄膜和粉体的制备方法;从优化结构中的sp^(2)簇的数量及尺寸、调控表面形貌、元素掺杂,以及通过与其他场发射材料复合或表面修饰形成多级发射结构等方面,阐述了优化氮化碳场发射性能的方法。最后总结了氮化碳薄膜和粉体分别作为场发射阴极材料仍然存在的问题,并以此指出将来开展相关研究的重点在于继续优化其场发射性能,以及探索其内部结构、缺陷等对场发射性能的影响。     

阴极弧斑放电的机理分析

介绍了阴极弧斑放电的基本特征。参考前人的研究模型和最新的实验结果,系统地分析了阴极弧斑放电的机理和过程：电子的爆裂发射模型;热场致发射理论;阴极电位降区满足的Ｍａｃｋｅｏｗｎ 公式;阴极弧斑在磁场中的运动机理。最后讨论了气压对弧斑运动的影响,解释了阳极弧斑放电特征。     

碳纳米管场发射电子源

从实验和理论上研究单根碳纳米管(CNT)场发射电子源的稳定问题.利用透射电镜/扫描探针显微镜(TEM/SPM)和场发射显微镜/场离子显微镜(FEM/FIM)对CNTs的场发射特性进行了实验研究.同时从密度泛函理论出发,利用相关程序模拟计算了吸附对单壁碳纳米管(SWNTs)场发射的影响.发现SWNTs荷电体系的总能量与荷电电荷数量关系具有抛物线形式,先减小,达到最小值,之后增加.通常荷4个电子时达到最小值,即体系处于最稳定状态.表明SWNTs有很大的电负性,是容易发生凝聚和吸附分子的根源.进而计算了对氢、氧和水的吸附特性,讨论了吸附对场发射的影响.这些结果对CNTs的场发射特性和作为新型电子源的应用都是有重要意义的.     

石墨烯纳米片及其场发射性能研究

两维石墨烯纳米材料是目前材料研究的热点之一,其中石墨烯纳米片的一个重要特征是有一条一维尖锐的刀口状边缘,电场增强系数大,是很好的电子场发射材料。本文介绍了石墨烯纳米片结构特点,综述了石墨烯纳米片的制备及电子发射性能,指出了目前研究存在的问题和研究方向。     

电泳法制备纳米金刚石场发射阴极

用电泳法制备了纳米金刚石场发射阴极，研究了不同热处理环境对场发射性能的影响．在气氛炉中热处理的样品其阈值场强为8．0V/μm，场发射电流密度在17．7V/μm场强下可达到1361aA/cm^2；而在真空环境中热处理样品的场发射特性与之相比有明显提高，其阈值场强为3．83V/Hm，场发射电流密度在9．44V/μm场强下可达到2801aA/cm^2。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品表面的结构、成份及形貌进行分析，表明真空环境下的热处理，更有利于样品的电子发射．     

定向碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能的研究

利用高温裂解法，以酞菁铁为原料在不同基底(石英玻璃、硅片、氧化硅片等)上成功制备了碳纳米管定向薄膜。在扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)下观察表明，得到的薄膜由定向性良好的多壁碳纳米管(MWNTs)组成。详细讨论了反应时间等工艺参数对薄膜生长的影响，并测量了不同基底上定向碳纳米管薄膜的场发射性质。     

CVD金刚石膜场致发射的机理

金刚石膜场致发射过程是电子从导电基底开始,经基底/金刚石界面、金刚石薄膜体内传输到表面,然后穿过表面势垒进入真空、经真空电场加速到达阳极的一个复杂过程。对该过程进行了较为详细的分析和介绍。     

碳纳米管场发射机理述评

较全面地介绍了碳纳米管场发射研究10年来在发射机理方面的研究结果,包括场发射能量分布、逸出功、发射模型以及发射稳定性和失效等问题,并介绍了相关方面的研究结果.     

Active vacuum brazing of CNT films to metal substrates for superior electron field emission performance

The joining of macroscopic films of vertically aligned multiwalled carbon nanotubes (CNTs) to titanium substrates is demonstrated by active vacuum brazing at 820 °C with a Ag–Cu–Ti alloy and at 880 °C with a Cu–Sn–Ti–Zr alloy. The brazing methodology was elaborated in order to enable the production of highly electrically and thermally conductive CNT/metal substrate contacts. The interfacial electrical resistances of the joints were measured to be as low as 0.35 Ω. The improved interfacial transport properties in the brazed films lead to superior electron field-emission properties when compared to the as-grown films. An emission current of 150 μA was drawn from the brazed nanotubes at an applied electric field of 0.6 V μm⁻¹. The improvement in electron field-emission is mainly attributed to the reduction of the contact resistance between the nanotubes and the substrate. The joints have high re-melting temperatures up to the solidus temperatures of the alloys; far greater than what is achievable with standard solders, thus expanding the application potential of CNT films to high-current and high-power applications where substantial frictional or resistive heating is expected.     

Active vacuum brazing of CNT films to metal substrates for superior electron field emission performance

Abstract

The joining of macroscopic films of vertically aligned multiwalled carbon nanotubes (CNTs) to titanium substrates is demonstrated by active vacuum brazing at 820 °C with a Ag–Cu–Ti alloy and at 880 °C with a Cu–Sn–Ti–Zr alloy. The brazing methodology was elaborated in order to enable the production of highly electrically and thermally conductive CNT/metal substrate contacts. The interfacial electrical resistances of the joints were measured to be as low as 0.35 Ω. The improved interfacial transport properties in the brazed films lead to superior electron field-emission properties when compared to the as-grown films. An emission current of 150 μA was drawn from the brazed nanotubes at an applied electric field of 0.6 V μm^?1. The improvement in electron field-emission is mainly attributed to the reduction of the contact resistance between the nanotubes and the substrate. The joints have high re-melting temperatures up to the solidus temperatures of the alloys; far greater than what is achievable with standard solders, thus expanding the application potential of CNT films to high-current and high-power applications where substantial frictional or resistive heating is expected.     

石墨烯在场发射器件中的应用与研究现状

场电子发射是一种独特的量子隧穿效应,也是真空微电子学的基础之一。基于场发射技术的冷阴极发射体一直被视为未来理想的电子发射阴极。石墨烯是一种具备单层碳原子结构的新型碳材料,其电子迁移率高、机械强度高、热导率高,具有稳定的物理化学特性,因此受到科研工作者的广泛关注。与此同时石墨烯具有较高的长径比(横向尺寸与厚度的比值),这一结构特性能够获得较大的场增强因子。石墨烯的上述特性使得其成为具有广阔应用前景的场发射阴极。本文主要综述石墨烯场发射理论的研究进展、石墨烯/石墨烯基场发射阴极的研究现状、场发射阴极结构以及场发射阴极的制备方法,并对场发射领域的石墨烯研究进行了展望。     

基于氧化锌纳米线表面传导场发射阴极的研究

利用热蒸发和丝网印刷技术在玻璃基底上成功制备了氧化锌纳米线表面传导场发射阴极阵列,并测试其场发射性能。扫描电镜表明,在氩气和氧气流量分别为60和1mL/min,反应温度550℃保温30min条件下制备的氧化锌纳米线均匀垂直生长在玻璃基底上,直径大约在80～200nm,长度〉7μm。场发射测试表明,在阳压2000V和阴阳间距为500μm时,ZnO纳米线表面传导场发射阴极的开启电压为70V;在栅压为96V时,电子发射效率为26.2%,高于传统报道的表面传导电子发射器件,在经过80min的老练后发射接近稳定,平均发射电流接近135μA,表明ZnO纳米线表面传导场发射阴极有着稳定高效的场发射性能。     

碳纳米管冷阴极超高真空鞍场规的电场模拟与实验研究

在静电鞍场规的基础上研制了一种碳纳米管(CNT)冷阴极鞍场规(SFG).这种冷阴极鞍场规具有电极尺寸小,吸放气率低,热效应低,功耗低的特点.本文首先计算了碳纳米管冷阴极鞍场规的电场分布,计算结果表明,二极型碳纳米管电子枪的引出栅极的正电位在低于100 V的情况下对环形阳极鞍场规的轴向电位分布影响很少;并且在现有条件下对规管参数进行了测试,实验测定的规管对空气的灵敏度是1.05 Pa-1,规管功耗由热阴极规的0.9瓦减小到7毫瓦.