金刚石/银复合材料:制备、电泳沉积及场发射性能研究

采用化学镀银的方法,制备了银包覆的金刚石复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼(Raman)光谱对样品的形貌和微结构进行了表征。利用电泳沉积的方法,制备了均匀的金刚石/银复合材料薄膜,场发射测试结果表明,在22 V/μm的电场下,金刚石/银复合材料的发射电流密度可达23.7μA/cm2;而在26 V/μm的电场下,高压金刚石薄膜的发射电流密度仅为0.2μA/cm2。与高压金刚石薄膜的场发射结果相比,金刚石/银复合材料的场发射性能有明显的提高。银的存在使银与金刚石界面处形成电子发射区,在外加电场作用下,该区域电子优先隧穿表面势垒逸出到真空,形成场致电子发射。     

沉积气压对氮化硼薄膜场发射特性的影响

利用等离子体增强脉冲激光沉积系统,在n型Si(100)基底上沉积了不同沉积气压下的纳米BN薄膜,利用红外光谱(FTIR)对BN薄膜进行了表征.通过原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌.在超高真空(＜5.0×10-7 Pa)情况下测量了薄膜的场致发射特性.实验结果表明,沉积气压对BN薄膜的场发射特性影响很大.BN薄膜的阈值电场随着沉积气压的升高而升高,发射极限电流随着沉积气压的升高而较小,但耐压特性提高.沉积气压为2 Pa时沉积的BN薄膜的场发射的阈值电场最低,为12 V/μm,当电场升高到27 V/μm时,场发射电流密度为140.6 μA/cm2;当沉积气压升高到5 Pa时,阈值电场升高为26 V/μm,当电场升高到59 V/μm时,发射电流密度为187.5 μA/cm2;沉积气压升高到15 Pa时的样品的阈值电场已经高达51 V/μm.所有BN薄膜的F-N曲线都符合F-N理论,表明电子发射是通过隧穿表面势垒完成的.     

Al_2O_3衬底上制备非晶碳薄膜及其场发射特性研究

在Al2O3陶瓷衬底上用直流磁控溅射技术沉积过渡层Mo,再利用微波等离子体化学沉积系统在Mo过渡层上制备非晶碳薄膜,利用X线衍射(XRD)、拉曼(Raman)和电镜扫描(SEM)技术分析了薄膜的结构和表面形貌,测试了所制备样品的场发射及其发光特性,研究了薄膜的场发射特性。结果表明,所制备的薄膜为非晶碳和Mo2C的复合薄膜。所制备的薄膜具有较好的场发射特性,开启场强为0.74V/μm,1.8V/μm的场强下发射电流密度达到6 800μA/cm2,且发光点分布均匀,利用迭代法计算了所制备薄膜的有效场发射面积和其功函数。     

丝网印刷碳纳米管薄膜的电子发射

将碳纳米管(CNT)浆料印刷在不锈钢衬底上,进行了特殊的热烧结和后处理工艺处理.经过特殊热烧结和后处理工艺处理后的试样,在外加电场后,电子发射的开启电场从2.50 V/μm降低到1.40 V/μm.外加电场为3.30 V/μm时场发射电流从8.50 μA/cm<'2>提高到350μA/cm2,场发射效率提高;当场强为4.0 V/μm时,阳极上荧光点的面密度约从(5～8)个/cm2提高到(22～26)个/cm2,发射均匀性得到有效的提高.讨论了丝网印刷CNT薄膜中电子的场发射实验,表明特殊的热烧结和后处理工艺使CNT之间的残留物厚度变薄,而且使更多的CNT均匀地露出薄膜表面,只有电子隧穿达到裸露的CNT才能有效地发生场发射.     

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.     

电解液法改善碳纳米管阴极场发射特性

针对丝网印刷碳纳米管(CNT)阴极,提出用电解液法进行表面后处理,有效改善碳纳米管阴极场发射特性.利用扫描电子显微镜表征电解液法处理前后CNT阴极表面形貌变化,并对处理前后CNT阴极进行场发射特性测试.结果表明,电解液法处理后有更多的CNT伸出有机浆料表面,开启电场从2.4 V/μm降低到1.4 V/μm,同样面积的薄膜(印制面积为1 cm×1 cm)在3.0 V/μm场强下的发射电流由100μA提高到了1 800μA,说明电解液处理对于提高薄膜的场发射特性有明显作用.该方法在碳纳米管场发射显示器的制作中具有很好的实际应用价值.     

电流法改善碳纳米管阴极场发射特性

针对丝网印刷碳纳米管阴极,提出电流法进行表面后处理,有效改善碳纳米管阴极场发射特性.利用扫描电子显微镜表征电流法处理前后CNTs阴极表面形貌变化,并对处理前后CNTs阴极进行场发射特性测试.结果表明,电流法处理后CNTs阴极表面残留有机物被破坏,开启电场从2.4 V/μm降低到1.6 V/μm,同样面积的薄膜(印制面积为1 cm×1 cm)在2.6 V/μm场强下的发射电流由30 μA提高到了800 μA,说明电流处理对于提高薄膜的场发射特性有明显作用.该方法在碳纳米管场发射显示器的制作中具有很好的实际应用价值.     

多孔硅衬底微波CVD金刚石薄膜的制备及其场电子发射

研究了多孔硅衬底微波CVD金刚石薄膜的制备工艺及其场电子发射特性.以多孔硅作为生长金刚石突起阵列的模板,生长出带多微尖的微晶金刚石晶粒,使场电子发射阈值下降(＜1V/μm),发射电流增大(＞90mA/cm2),场发射性能稳定,并对这种场发射特性做出了理论解释.     

微米金刚石薄膜的制备与场发射研究

利用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法,在镀金属钛层的陶瓷基底上面,调整优化沉积参数,制备出了碳膜。通过各种仪器分析了碳膜的内部结构和表面形貌,证明该碳膜是微米金刚石薄膜。进一步将微米金刚石薄膜作为场发射阴极材料,测试了其场致电子发射特性。稳定发射状态下的开启电场为1.15V/μm, 在3.35V/μm的电场下,其场发射电流密度为0.81mA/cm2,发射点密度约为104/ cm2。并对其发射机理进行了研究。     

氮化铝薄膜的厚度对场发射特性的影响

采用射频磁控溅射方法,在n型(100)Si基底上沉积了不同厚度(20~150 nm)纤锌矿结构的纳米AlN薄膜。在超高真空系统中测量了不同膜厚样品的场发射特性,发现阈值电场随着厚度的增加有增大的趋势。厚度为44 nm的AlN薄膜样品具有最低的阈值电场(10 V/μm),当外加电场为35 V/μm时,最高发射电流密度为284μA/cm2。AlN薄膜场发射F-N曲线表明,在外加电场作用下,电子隧穿了AlN薄膜表面势垒发射到真空。     

金刚石镶嵌非晶碳膜表面微尖对场致发射的增强作用

用微波等离子体化学气相沉积设备,在金属钼衬底上沉积出了表面存在大量微尖的金刚石镶嵌非晶碳膜,分别用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、金相显微镜和Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）及Ｒａｍ ａｎ谱对样品进行了分析测试,并研究了各样品的场致电子发射特性。结果发现：在笔者的实验范围内,金刚石薄膜表面微尖对场致电子发射具有增强作用,且薄膜表面微尖数目越多,场发射电流密度和发射点密度越高,场发射的发射阈值越低。最后建立了一个二次场增强模型对实验结果进行了解释     

Electron emission from phosphorus- and boron-doped polycrystallinediamond films

The electron emission from CVD-grown phosphorus (P-) and boron (B)-doped polycrystalline diamond films has been studied. The current density against electric field characteristics of the P-doped film showed low-field emission compared to the B-doped film. From the slope ratio of the Fowler-Nordheim (F-N) characteristics of P- and B-doped films, a ratio of 0.66 for the emission barrier height was obtained. The small ratio might be caused by the n-type semiconducting properties of P-doped diamond films     

Field-dependence of the area-density of 'cold' electron emission sites on broad-area CVD diamond films

A high area density of field-induced electron emission sites has been observed on broad-area (12 mm in diameter) CVD diamond films deposited on molybdenum substrates. Furthermore, it was found that the density increased with the electric field applied to the surface of the films. These findings indicate that the CVD diamond film has to be seen as a potentially favoured candidate among electronic materials for the development of new types of cold cathode electron source.<>     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

One-pot synthesis of ZnO/reduced graphene oxide nanocomposite for supercapacitor applications

ZnO/reduced graphene oxide (RGO) nanocomposite films were prepared by the sol–gel deposition method using a combination of zinc acetate and graphite. The solution derived composite films were extensively characterized using high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), UV–visible spectroscopy, photoluminescence emission measurements, and four probe measurements. It was found that a highly transparent film with low resistivity could be obtained with the addition of a small amount of RGO into the deposition precursor. The results also showed that the sintering temperature reduces the resistivity and transparency of the films. XRD measurements revealed that films sintered >500 °C exhibit additional peaks, and suggest nucleation of different phases of the films. As a demonstration, the ZnO/RGO composite was integrated into a supercapacitor, and the resulting energy storage performance was tested.     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

Up-conversion luminescence of erbium (III) oxalate nanoparticles/titania/ÿ-glycidoxypropyltrimethoxysilane composite sol-gel thin films

Erbium (III) oxalate nanoparticles dispersed titania/ÿ-Glycidoxypropyltrimeth-oxysilane composite materials for photonic applications were prepared by a chemical approach combining the microemulsion technique and the sol-gel method at low temperature. Transmission electron microscopy observation shows that the size of the erbium (III) oxalate nanoparticles is in the range from 10 to 40 nm. A relatively strong room-temperature green up-conversion emission at 543 nm (⁴S_3/2→⁴I_15/2) has been measured for the composite thin films with different erbium oxalate content and heat treatment temperature upon excitation at 993 nm. The lifetime of the visible up-conversion emission has been measured. UV-visible transmission spectroscopy results showed that a relatively high transparency (in the visible range) composite thin film could be obtained at a suitably low heat treatment temperature.     

Spatial correlation of electron field emission sites withnon-diamond carbon content in CVD diamond

Field-induced electron emission is obtained from 15 mm diameter CVD polycrystalline diamond films deposited on silicon wafers from a microwave discharge. These films were grown such that the percentage of non-diamond carbon is highest at the edge of the film. It was found that the majority of the emission sites also occured at the edge of the film     

两种微米金刚石聚晶颗粒薄膜的制备与场发射研究

采用微波等离子体化学气相沉积,在不同的沉积条件下得到两种微米金刚石颗粒薄膜,通过拉曼光谱仪和X射线仪分析了两种薄膜的成分,用扫描电子显微镜分析了两种薄膜的表面形貌,用二级结构的场发射装置研究了薄膜的场发射性能,最终分析并讨论了场发射性能优异的微米金刚石薄膜的特征。     

衬底位置对大面积CVD金刚石薄膜质量的影响

采用石英钟罩式微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)设备制备了大面积金刚石薄膜,结合X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光喇曼(Raman)谱等实验手段,较系统地研究了衬底位置对金刚石薄膜质量的影响规律.结果表明,在等离子体球内部的空间范围内,距等离子体球中心垂直距离越远衬底上所沉积的金刚石薄膜质量越好;通过调整衬底位置,可明显改善其上不同区域所沉积的金刚石薄膜质量,最后在等离子体球边缘附近可沉积出晶粒均匀一致几乎不舍非晶碳的大面积高质量金刚石薄膜.此研究为进一步改善大面积金刚石薄膜均匀性和薄膜质量提供了一种实用的途径.