碳纳米管场致发射特性的研究进展

碳纳米管(CNT)具有优良的场致发射特性,是场致发射器件的理想阴极材料。本文介绍了几种碳纳米管阵列的制作方法以及研究碳纳米管场致发射特性的理论和实验进展。     

碳纳米管场致发射结构的研究

碳纳米管以其特有的电学性质而成为一种优良的冷阴极材料。在场致发射器件中，真空度是决定发射稳定性的一个重要因素。如果碳纳米管阴极附近的真空度太低，将产生打火、气体电离、离子回轰阴极等问题，将导致阴极发射电流的迅速衰减。本文通过对基于碳纳米管冷阴极的二极管和三极管的场发射特性的实验，分挤了残余气体压强与外加电压、发射体工作时间的关系以及碳纳米管阵列的I-E曲线，利用这些结果可以优化碳纳米管场致发射结构的设计。     

单根碳纳米管场致发射表面电荷分布研究

考虑碳纳米管尺寸及端帽形状,计算得到了比较精确的金属型纳米管表面电荷密度相对分布曲线。与先前的理论结果作比较,消除了曲线上的波动,曲线相对抬高,尖端附近电荷量所占比例减小。进一步研究了长度、半径和长径比对电荷密度相对分布曲线的影响,表明长度主要影响管身电荷密度相对分布,半径主要影响尖端电荷密度相对分布。在忽略其他条件影响下,长径比相同的碳纳米管,电荷密度相对分布曲线趋势完全相同。     

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。     

碳纳米管场致发射平面背光源

通过酸化、球磨、超声分散等工艺制备碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNT)悬浮液,利用电泳沉积技术制备CNT阴极,并真空封装制备成25.4cm(10in)的CNT场致发射平面背光源器件。采用扫描电子显微镜对CNT阴极样品的表面形貌进行表征,并对器件的场致发射性能进行测试。结果表明,当电场为1.76V/μm时,CNT场致发射平面背光源器件的亮度为6500cd/m2,亮度均匀性为89%,可应用于液晶显示器的背光源。     

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.     

单根碳纳米管阴极场致发射特性研究

碳纳米管具有优异的场致发射性能,是一种很有前景的电子发射源。本文初步探讨了纳米材料发射理论机制,利用电磁计算软件CST建立仿真分析模型,并针对其具体结构特点构造了合适的仿真环境,通过仿真计算取得的成果对于研制采用碳纳米管阵列作为场致发射阴极的微波管有重要的理论指导作用。     

碳纳米管场致发射显示研究与应用

本文讲述了新型冷阴极材料碳纳米管的制备过程及其在平板显示器中的应用.     

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。     

金刚石薄膜场发射显示器

简要介绍了一般ＦＥＤ（场发射显示器）的工作原理,研究了非晶金刚石薄膜低场发射特点,讨论了金刚石薄膜制做场发射器的可行性;指出利用金刚石薄膜和阳极选择的方法可对Ｓｐｉｎｄｔ ＦＥＤ进行改进,从而使平面ＦＥＤ更容易实现。     

碳纳米带的合成及场致电子发射

介绍了液相合成的碳纳米带的场致电子发射特性，探索其在场发射中的应用。碳纳米带的合成采用电化学液相合成的方法在硅衬底上制备而成。通过扫描电镜和Raman光谱对碳纳米带的结构进行了分析。场发射特性测试结果表明，碳纳米带膜的场发射阈值电场为2．5V/μm。研究表明碳纳米带具有一些独到的特点，也非常适合场发射显示用冷阴极的制备。研究纳米石墨带薄膜的场发射特性对其在场发射显示器件和其他真空微电子器件中的应用有重要的意义。     

一种类石墨薄膜的场发射研究

利用 Kr F准分子激光器及聚酰亚胺靶在硅衬底上沉积出了类石墨薄膜。借助于 X射线光电子谱及 Raman光谱手段对薄膜微结构进行了分析。并用该薄膜作阴极 ,研究了其场发射特性。实验结果显示出该薄膜具有较好的场电子发射性能 ,发射点密度高达 1× 1 0 5 / cm2 以上。有可能作为一种新型的冷阴极电子源     

碳基薄膜场发射中的电阻效应

研究了接触电阻和薄膜体电阻对场发射的影响,计算机仿真和场发射实验表明电阻的大小直接影响强电场下的场发射而对开启电场基本没有影响,随着电阻的增大场发射逐渐偏离Fowler-Nordheim特性而向线性变化过渡.在场发射模型分析的基础上,给出了平面碳基薄膜阴极的等效电路发射模型,分析表明接触电阻的大小严重影响发射的均匀性,因此优化碳膜的制备条件,保证碳膜与金属电极的良好电接触对提高发射性能、改善发射均匀性有重要的意义.     

Strategies to Improve Field Emission Performance of Nanostructural ZnO

Nanostructural ZnO is a good candidate for field emission (FE) because of its high aspect ratio, controllable electrical conductivity, and good thermal and chemical stability. In order to improve the FE performance, ZnO nanopins, gallium-doped nanofibers, periodic nanorod arrays, and aligned nanotubes were designed and fabricated by a vapor-phase transport method using ZnO + C and ZnO + C + Ga₂O₃ powder mixtures, electrochemical deposition, and hydrothermal decomposition, respectively. The FE behaviors including threshold of electric field, emission current density, field enhancement factor, and stability are reviewed in this paper based on our previous works. Some strategies to improve the performance of the nanostructural ZnO field emitters are demonstrated.     

丝网印刷碳纳米管阴极场发射点开启场强的分布统计

由于碳纳米管阴极场发射点数量巨大，分布无规律，无法单独测量各个场发射点的开启阈值，所以一直没有效的实验方法获得碳纳米管阴极中场发射点开启阈值的分布规律。本文采用丝网印刷碳纳米管点阵作为阴极，通过不同电压下该阴极场发射发光亮点的统计，间接地获得了丝网印刷碳纳米管阴极中场发射点开启阈值的分布规律。在此基础上，通过过压老炼的方法，有效地压缩了碳纳米管阴极场发射开启阈值的分布，显著提高了碳纳米管阴极场发射的均匀性。     

Si和Si尖上纳米金刚石场电子发射性质的研究

研究了Si和Si尖上纳米金刚石场电子发射性质。纳米金刚石是利用热灯丝CVD法合成的，反应气体是CH4、N2和H2的混合物。实验结果表明Si衬底上的纳米金刚石特别是Si尖上的金刚石与多晶金刚石相比，前者极大地改善了场发射性质。场发射电场阈值和电流与金刚石晶粒度密切相关。文中对其结果进行了讨论。     

利用场发射显微镜测算碳化钨薄膜的逸出功

在 1× 10 -6～ 10 -5Pa环境压强下 ,经过高温退火处理 ,在钨针尖上形成了碳化钨薄膜 ,利用场发射显微镜观察到清楚的钨单晶基底上碳化钨薄膜的场发射图像 ;对碳化钨薄膜的场发射I V特性及Fowler Nordheim曲线进行测量和计算 ;用透射电镜测得针尖曲率半径并估算出比例因子 β ,利用Fowler Nordheim公式计算得到碳化钨薄膜的逸出功约为 3 79eV .     

场发射压力传感器力敏感膜的形变特性分析

利用有限元法计算分析了以阴极尖锥阵裂体作为力敏感膜的形变特性,给出了用表达式计算尖锥阵列体形变的修正值,为后继工作提供了可以选择的技术途径。