图案化氧化钨纳米线阵列的低温制备工艺及其场发射特性研究

氧化钨纳米线由于具有长径比较大、导电性好、阈值电场较低、可承受的电流较高等优点,因此在场致电子发射器件中受到人们的广泛关注。但是在氧化钨纳米结构研究发展的过程中,出现了一些技术难题,比如制备温度高(>800℃),制备的氧化钨通常混合多种化学相而导致物性不均匀等,所以束缚了氧化钨纳米线在场发射领域的快速发展。本文采用磁控溅射技术结合化学气相沉积技术在500℃下分别实现了高纯相的WO2和WO3纳米线阵列的定域生长。场发射特性研究结果表明:所制备的WO3纳米线阵列的开启电场低至0.65MV/m,阈值电场约为2.9MV/m,最大电流密度达到18.3A/cm2;WO2纳米线阵列的开启电场低至0.8MV/m,阈值电场为2.46MV/m,最大电流密度达到12.1mA/cm2。这表明在低温下制备的氧化钨纳米线阵列在场致电子发射领域具有非常广阔的应用前景。     

铜纳米线的制备及其场发射特性研究

采用水合肼还原硝酸铜的方法制备了高长径比铜纳米线,在此基础上,通过导电双面胶带将铜纳米线转移至阴极表面,基于二板场发射器件结构研究了铜纳米线的场发射特性.结果表明:铜纳米线是一种优良的场发射冷阴极材料,其开启场强为2.18 V/μm,阈值场强为3.69 V/μm,经过2h老练后具有良好的发射稳定性.     

氧化钨纳米结构：可控制备及场发射性能

通过简单调控化学气相沉积反应气压制备了形貌尺寸可控的各种非化学计量比氧化钨纳米结构。场发射研究表明W18O49纳米线具有优异的场发射性能。对于10 μA/cm2的发射电流,其开启电压为7.1 V/μm。 实验中测得最高场发射电流密度4.05mA,对应场强为17.2 V/μm。场发射过程中的热蒸发和脱附测试表明该氧化钨纳米线的场发射再现性很高。     

ZnO纳米线的气相沉积制备及场发射特性

运用气相沉积方法分别在硅片表面和钨针尖上制备了非取向生长的ZnO纳米线,并通过场发射显微镜研究了纳米线样品的平面场发射特性和针尖场发射特性.结果显示,非取向生长的ZnO纳米线薄膜场发射的开启电压和阈值电压所对应的场强分别为4.7和7.6V/μm,场增强因子达103量级,具有较阵列生长的ZnO纳米线更为优异的场发射能力.非取向生长ZnO纳米线薄膜场发射能力的增强归因于其所具有的稀疏结构避免了强场作用下屏蔽效应的产生,有效地提高了薄膜场发射的电流密度.将ZnO纳米线组装在钨针尖上能够明显地改善针尖的场发射性能,在超高分辨显微探针领域具有良好应用前景.     

大面积超长氮化铝纳米线的制备及场发射特性研究

报道了一种通过直接氮化Al粉合成氮化铝(AlN)纳米线的方法。该方法无需任何催化剂,并且可以获得大面积的单一形貌的AlN纳米线。所制备的AlN纳米线的平均长度超过20μm,直径为30~125nm,是沿着[001]方向生长的单晶六方纤锌矿结构。场发射特性测试结果表明,AlN超长纳米线的开启电场为6.3V/μm,阈值电场为12.2V/μm,最大电流密度达1440μA/cm²。这暗示着AlN超长纳米线是一种很有潜力的冷阴极纳米材料。

     

图形化硅纳米线阵列场发射阴极的制备及其场发射性能

结合光刻工艺和金属援助硅化学刻蚀法成功地制备了图形化的硅纳米线阵列场发射阴极,研究了其场发射性能。扫描电子显微镜照片显示,嵌入在硅衬底的硅纳米线阵列为垂直取向,形成图形化。场发射测试与分析表明,该阴极能够有效实现场电子发射,并且有利于获得图形化、低发散角的电子束。本研究提供了一种在硅基底上简单、有效地选域制备图形化硅纳米线阵列场发射阴极的途径,可潜在用于构筑各种真空微电子器件。     

ZnO纳米线的快速生长机理及其场发射性能研究

为了快速制备具有优良场发射性能的ZnO纳米线,对ZnO纳米线的生长机理及场发射性能进行研究。首先采用优化的两步法制备出高长径比的ZnO纳米线,其次采用SEM对ZnO的微观形貌进行表征,然后,在分析形貌特点的基础上,说明了强碱体系下ZnO纳米线薄膜的快速生长机理。最后,对典型样品的场发射性能进行了测试。测试果表明,优化后的两步法,只需3h即可获得直径为40~50nm,长度为2.2~2.7μm,长径比高达54的纳米线。薄膜的开启电场为3.6V/μm,阈值场强为9.1V/um,场增强因子β高达3 391。研究表明,高pH值溶液可以加快ZnO纳米线沿C轴方向的择优生长,获得高长径比的ZnO纳米线,进而获得优良的场发射性能。     

铜纳米线的制备及其场发射特性研究

采用水合肼还原硝酸铜的方法制备了高长径比铜纳米线,在此基础上,通过导电双面胶带将铜纳米线转移至阴极表面,基于二极场发射器件结构研究了铜纳米线的场发射特性。结果表明:铜纳米线是一种优良的场发射冷阴极材料,其开启场强为2.18 V/μm,阈值场强为3.69 V/μm,经过2 h老练后具有良好的发射稳定性。     

GaN纳米线阵列的电子场发射研究

基于HCl辅助热蒸发GaN粉末的方法制备了纯净的一维GaN纳米线垂直阵列,重点研究了不同生长时间对应不同形貌的GaN纳米结构的电子场发射性能,以及氨气氛围下热退火对GaN纳米线阵列场发射性能的影响,并分析了其影响机理.通过对生长时间分别为20 min,60 min(未退火处理)与60 min(退火处理)的三组样品进行对比,结果显示:生长时间为60 min(未退火处理)的样品,电流密度达到1μA/cm2时的开启电场的值为2.1 V/μm,且获得1 mA/cm2的阈值电流密度也只需要4.5 V/μm的电场.     

碳纳米管场发射冷阴极的低温制备及场发射性能

利用纳米银的低温熔接性和良好导电性,研究了以纳米银取代传统的有机粘结剂和导电银浆制备CNTs场发射冷阴极的新工艺.将CNTs、纳米银、粘性松油醇和有机溶剂混合研磨后涂敷在镀Cu玻璃基片上,250℃烧结30min后,纳米银颗粒之间互相熔接,将周围的CNTs粘结成为整体膜,形成了表面平整、导电性和场发射性能良好的CNTs阴极.测量了不同纳米银掺入量的CNTs阴极的场发射性能,结果表明:当CNTs:Ag质量比率为1:1时,CNTs阴极具有最好的场发射性能,阈值电场为4.9V/μm,当电场强度为5.7V/μm时,场发射电流密度为41mA/cm2.纳米银比例过大,烧结后CNTs被熔接的银膜覆盖,高电压时场发射电流明显下降,而纳米银掺入量太少则会导致CNTs阴极的附着力和导电性变差.     

硅纳米线的电学特性

总结了硅纳米线在电学特性方面的研究进展,重点分析了本征及掺杂硅纳米线的载流子浓度与迁移率、场发射及电子输运特性。研究表明通过对硅纳米线进行掺杂可提高载流子浓度及迁移率、场发射和电子输运性能,随硅纳米线直径的减小其电学性能增强。因此,硅纳米线在场效应晶体管及存储元件等纳米器件方面具有极大的应用前景。     

碳纳米管场发射冷阴极的低温制备及场发射性能

利用纳米银的低温熔接性和良好导电性,研究了以纳米银取代传统的有机粘结剂和导电银浆制备CNTs场发射冷阴极的新工艺.将CNTs、纳米银、粘性松油醇和有机溶剂混合研磨后涂敷在镀Cu玻璃基片上,250℃烧结30min后,纳米银颗粒之间互相熔接,将周围的CNTs粘结成为整体膜,形成了表面平整、导电性和场发射性能良好的CNTs阴极.测量了不同纳米银掺入量的CNTs阴极的场发射性能,结果表明:当CNTs:Ag质量比率为1:1时,CNTs阴极具有最好的场发射性能,阈值电场为4.9V/μm,当电场强度为5.7V/μm时,场发射电流密度为41mA/cm2.纳米银比例过大,烧结后CNTs被熔接的银膜覆盖,高电压时场发射电流明显下降,而纳米银掺入量太少则会导致CNTs阴极的附着力和导电性变差.     

ZnO纳米线的气相沉积制备及场发射特性

运用气相沉积方法分别在硅片表面和钨针尖上制备了非取向生长的ZnO纳米线,并通过场发射显微镜研究了纳米线样品的平面场发射特性和针尖场发射特性.结果显示,非取向生长的ZnO纳米线薄膜场发射的开启电压和阈值电压所对应的场强分别为4.7和7.6V/μm,场增强因子达103量级,具有较阵列生长的ZnO纳米线更为优异的场发射能力.非取向生长ZnO纳米线薄膜场发射能力的增强归因于其所具有的稀疏结构避免了强场作用下屏蔽效应的产生,有效地提高了薄膜场发射的电流密度.将ZnO纳米线组装在钨针尖上能够明显地改善针尖的场发射性能,在超高分辨显微探针领域具有良好应用前景.     

钛酸钡薄膜的制备及其场发射特性研究

利用钛酸钡薄膜替代了金属-氧化物-硅结构冷阴极的氧化物绝缘层，并利用场发射扫描电镜、X射线衍射、EDS分析表征了钛酸钡薄膜。观察到低起始阈值的场发射现象，对可能的场发射机理进行了讨论。     

锥状ZnO纳米结构薄膜的制备及其场发射特性

以醋酸锌和氨水为原料,采用直接水热法制备锥形纳米ZnO。借助于XRD、SEM等测试手段,对锥状纳米ZnO薄膜的制备条件、场发射特性和稳定性进行分析研究。研究结果表明,水热法直接合成的锥状纳米ZnO具有良好的场发射特性,是场发射平板显示器阴极的理想材料。     

外延纳米金刚石膜及其场发射特性

研究了纳米金刚石外延薄膜的制备方法及其场发射特性。采用电泳方法将粒径20nm以下的纳米金刚石微品沉积到Ti电极衬底上，用热丝CVD方法在纳米金刚石微晶薄膜上再外延生长一层含非晶碳金刚石薄膜。用Raman光谱研究了外延纳米金刚石薄膜的结构并在高真空条件下研究了其场发射特性。     

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.     

热氧化法制备ZnO薄膜及其紫外探测特性研究

采用电子束蒸发方法在玻璃衬底上沉积了Zn薄膜,然后在空气中进行了400 ℃至550 ℃加热退火处理,并基于金属-半导体-金属(MSM)平面式结构,制备了ZnO光电导型紫外探测器.实验发现:退火后的薄膜样品表面出现了ZnO纳米线,纵横比在300～1000间;探测器的响应峰值波长约为360 nm,紫外区光响应度是可见区的5倍以上;360 nm紫外光照射的瞬态响应符合e指数变化规律,e指数曲线拟合所得到的驰豫时间常数反映了这个过程中的时间积累.