表面形貌特殊的碳纳米管薄膜及其场发射增强

采用磁控共溅射法在Si片表面镀NiTi膜作为碳纳米管生长的催化剂,制备出表面形貌特殊的碳纳米管薄膜,如"丘状"和"星状"的表面微结构。通过扫描电子显微镜对碳纳米管薄膜的形貌进行表征,采用二极管形式测试了碳纳米管薄膜的场发射性能。实验结果表明,这两种碳纳米管薄膜都具有优异的场发射性能,10μA/cm~2时的开启电场分别仅为1.02 V/μm和1.15 V/μm,在外加电场为2.4 V/μm时的电流密度分别达到4.32 mA/cm~2和6.88 mA/cm~2。通过场发射FN的曲线计算得到的场发射增强因子分别为10113和6840。这两种碳纳米管薄膜优异的场发射性能与其表面的微结构有关。表面的粗糙结构增强了部分碳纳米管的局域电场,易于发射电子。     

铜镀镍基底生长碳纳米管薄膜场发射特性研究

采用化学镀的方法在铜基底上镀镍作为缓冲层,以酞菁铁(FePc)作为催化剂,采用CVD法在Cu/Ni基底上制备出了碳纳米管薄膜(Cu/Ni-CNTs),利用扫描电镜(SEM)和拉曼光谱进行了表征。为了测试在Cu/Ni基底上生长碳纳米管薄膜的场发射特性,采用二极管结构,在真空度为2×10~(-4) Pa下进行直流场发射测试。结果表明Cu/Ni基底的碳纳米管薄膜具有优异的场发射特性,薄膜与阳极距离为9mm时开启场强为1.44V/μm,场发射测试数据符合Fowler-Nordheim(F-N)场发射特性曲线,在相同高压范围(0~20kV)进行多次重复测试,碳纳米管薄膜具有良好的发射可重复性。     

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.     

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.     

CuCr合金催化剂制备条件对大电流CNTs阴极的影响

通过改变溅射功率以磁控溅射法制备了Cu/Cr合金催化剂,研究了化学气相沉积法制备的碳纳米管(CNTs)作为大电流密度场发射阴极的场发射性能。采用扫描电镜和场发射测试仪分别对不同功率催化剂制备的CNTs进行了形貌及性能分析。结果表明,根据溅射功率与催化剂颗粒的关系,可以通过调节溅射功率改变CNTs的长径比及密度,在250WCu/Cr催化剂制备的CNTs薄膜具备了良好的场发射性能,阴极电子发射的开启电场仅为1.47V/μm,当电场为3.23V/μm,发射电流密度可高达3259μA/cm2。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

热CVD法制备的碳纳米管线阵列的场发射特性

采用半导体光刻技术在硅衬底上获得图形化掩膜,然后用热化学气相淀积(T-CVD)的方法制备了图形化的碳纳米管线阵列,用扫描电镜和拉曼光谱仪对碳纳米管进行了表征.研究了图形化碳纳米管线阵列的场发射特性,并与无图形化处理的碳纳米管薄膜样品的场发射特性进行了比较.当发射电流密度达到10 μA/cm2时,无图形化处理的碳纳米管薄膜、10 μm碳纳米管线阵列以及2 μm碳纳米管线阵列样品的开启电场分别为3 V/μm、2.1 V/μm和1.7 V/μm;而当电场强度达3.67 V/μm时,相应的电流密度分别为2.57 mA/cm2、4.65 mA/cm2和7.87 mA/cm2. 实验结果表明,图形化处理后的碳纳米管作为场发射体,其场发射特性得到了明显的改善.对改善的原因进行了分析和讨论.     

脉冲激光沉积非晶碳-聚酰亚胺复合薄膜的场致电子发射研究

利用脉冲激光沉积技术制备出非晶碳-聚酰亚胺复合薄膜,并观察到其场发射阈值场强(4V/μm)比类金刚石薄膜(>12V/μm)有较大的降低,最大发射电流密度为1.2mA/cm~2.利用透明导电薄膜阳极技术可观察电子在薄膜阴极表面的发射位置.并对该复合薄膜的场电子发射机理进行了初步探讨.实验表明该复合薄膜有可能作为一种新型的场发射冷阴极材料.在平面显示器件中得到应用.     

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.     

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.     

粒子轰击对碳纳米管微结构和场发射性能的影响

研究了粒子轰击对碳纳米管膜微结构和场电子发射性能的影响。研究结果表明．采用多种等离子体处理碳纳米管能改变其微结构．并显著提高场发射点密度．从而改善场发射性能。随着粒子轰击时间的延长,发射电流先降低,然后又增加甚至超过原始碳纳米管膜的发射电流。我们认为发射性能的变化归功于不同的发射机理：粒子轰击处理后．电子由纳米管尖端发射逐渐变为主要从管体上的纳米瘤发射,致使发射点密度显著增加。     

印刷碳纳米管薄膜场发射失效行为研究

对基于印刷碳纳米管（CNT）薄膜的场发射器件的失效行为进行了研究。微观分析结果表明，器件失效主要是由真空击穿对CNT和导电衬底造成损坏所引起的。印刷CNT薄膜中存在的CNT团聚颗粒所造成的正反馈的发热和电流增加导致了真空击穿的发生。通过在真空室中对印刷CNT薄膜进行场发射条件下的老炼处理，有效地预防了真空击穿的发生，并使薄膜的场发射均匀性得到提高，证实了真空老炼对预防真空击穿和提高器件工作可靠性的作用。     

All‐Carbon Nanotube‐Based Flexible Field‐Emission Devices: From Cathode to Anode

The fabrication of a flexible field‐emission device (FED) using single‐walled carbon nanotube (SWNT) network films as the conducting electrodes (anode and cathode) and thin multi‐walled CNT/TEOS hybrid films as the emitters is reported. P‐type doping with gold ions and passivation with tetraethylorthosilicate (TEOS) made the SWNT network film highly conductive and environmentally stable, and hence a good alternative to conventional indium tin oxide electrodes. CNT/TEOS hybrid emitters showed high current density, low turn‐on field, and long‐term emission stability, compared with CNT emitters; these characteristics can be attributed to the TEOS sol, acting both as a protective layer surrounding the nanotube tip, and as an adhesive layer enhancing the nanotube adhesion to the substrate. All‐CNT‐based flexible FEDs fabricated by this approach showed high flexibility in field emission characteristics and extremely bright electron emission patterns.     

碳纳米球薄膜的场发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积法,在Si(100)衬底上制备了碳纳米球薄膜。利用拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜的结构以及表面形貌,表明碳纳米球薄膜是由约2～3μm长、100nm宽的无定形碳纳米片相互缠绕、交织成球状而构成的。在高真空系统中测量了碳纳米球薄膜的场发射特性,结果表明,碳纳米球薄膜具有良好的场发射特性,阈值电场为3.1V/μm,当电场增加到10V/μm时,薄膜的场发射电流密度可达到60.7mA/cm2。通过三区域电场模型合理地解释了碳纳米球薄膜在低电场、中间电场和高电场区域的场发射特性。     

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。     

纳米絮状碳膜的制备及场发射特性

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)技术,以CH4和H2为源气体,硅片为衬底制备了碳膜。利用拉曼光谱仪和扫描电子显微镜成功研究了基板偏压、沉积时间、CH4浓度等工艺参数的改变对碳膜絮状结构的影响。通过分析碳膜结构和形貌,得出纳米絮状碳膜的最佳工艺参数。通过电流密度-电场(J-E)曲线和Fowler-Nordheim(F-N)曲线,研究了CH4浓度对纳米絮状碳膜的场发射特性的影响。随着CH4浓度的增加,碳膜的阈值电场逐渐降低,发射电流密度逐渐增加。     

新型三极碳纳米管场发射器件的研究

采用催化剂高温分解方法制备了碳纳米管薄膜阴极。利用优质云母板作为绝缘材料．结合简单的丝网印刷工艺制作了新型的栅极结构。详细地给出了新型三极碳纳米管场发射器件的制作工艺．对场致发射的机理进行了初步的讨论。采用这种新型的栅极结构．不仅极大地降低了总体器件成本．同时避免了碳纳米管薄膜阴极的损伤．提高了器件的制作成功率。所制作的三极结构平板场发射器件具有良好的场致发射特性和栅极控制能力。     

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。     

双层掺混结构CNT薄膜的制备及场发射性能

针对单层掺混结构改善丝网印刷碳纳米管(CNT)薄膜场发射性能的局限性,提出了一种能有效改善CNT薄膜场发射性能的双层掺混结构。相比传统单层掺混结构的CNT阴极薄膜,双层掺混薄膜中上层TiO2介质掺混结构能有效提高CNT的增强因子,下层导电纳米钛粉掺混结构能降低CNT与衬底电极间的接触电阻、提高CNT导电网络的电子传输能力。场发射I-V特性测试表明,当CNT和钛的掺混质量比为1∶1且氮气中预烧温度为450℃时,双层掺混结构CNT薄膜的开启场强为1.53V/μm,电流密度在场强为2.0V/μm时达79.5μA/cm2。该方法为改善丝网印刷CNT薄膜的场发射性能提供了一种可行方案。