超纳米金刚石薄膜场发射特性的研究

超纳米金刚石(UNCD)是一种全新的纳米材料，具有许多独特性能。介绍了Si微尖和微尖阵列阴极沉积超纳米金刚石薄膜的工艺及其场发射特性。研究发现，适当的成核工艺和微波等离子体化学气相沉积工艺可在Si微尖上沉积一层光滑敷形的金刚石薄膜；沉积后阴极的电压-电流特性、发射电流的稳定性以及工作在氧气环境下的发射特性都获得明显提高。讨论了超纳米晶金刚石薄膜阴极的发射机理。     

石英管型MWPCVD法制备的纳米针状结构碳膜的场发射特性

利用石英管型微波等离子体化学气相沉积装置,在Si基板上制备了具有纳米针状结构的碳膜。场发射特性测试表明,纳米针状结构碳膜具有良好的场发射特性,阈值电场为2.2V/μm,外加电场为9V/μm时,电流密度达到65mA/cm2。利用统计效应修改了Fowler-Nordheim(F-N)模型,成功地解释了在低电场区域的场发射机理。但是利用修改的F-N模型,不能解释高电场区域的电流密度的饱和现象,这将有待于进一步研究。     

非晶碳/Mo2C混合膜的场发射特性

以镀有Mo过渡层的Al2O3衬底,在微波等离子体增强化学气相沉积系统中,制备了非晶碳/Mo2C混合结构薄膜,反应气体为CH4和H2.在高真空室中测量了样品场发射特性,开启场强为0.55 V/μm,在1.8 V/μm电场下样品的发射电流密度为6.8 mA/cm^2,发射点点密度大于103/cm^2.用SEM观察了表面形貌,Raman和XRD谱分析了薄膜的微观结构和成分.实验结果表明该薄膜是一种好的场致电子发射体.     

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。     

微米金刚石聚晶薄膜场发射点的研究

采用微波等离子化学气相沉积方法,以甲烷和氢气为反应气体,在镀有金属钛的陶瓷衬底上,制备了微米金刚石聚晶薄膜.利用扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱对薄膜的化学组成、微观结构和表面形貌进行了表征.用二级结构的场发射仪和扫描隧道显微镜研究了薄膜的场发射性能,结果表明微米金刚石聚晶薄膜发射点主要来源于聚晶颗粒.进一步研究了单个聚晶颗粒表面不同区域的发射性能,发现多种因素对场发射的性能有影响.     

纳米金刚石薄膜的制背

采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷、氩气和氧气为前驱气体,在直径为5 cm的(111)取向镜面抛光硅衬底上沉积出高平整度纳米金刚石薄膜.利用扫描电镜、X射线衍射谱和共焦显微显微拉曼光谱我们分析了薄膜的表面形貌和结构特征.该薄膜平均粒径约为20 nm.X射线衍射谱分析表明该薄膜具有立方相对称 (111)择优取向金刚石结构.在该薄膜一阶微显微拉曼光谱中,1 332 cm-1附近微晶金刚石的一阶特征拉曼峰减弱消失,可明显观测到的三个拉曼散射峰分别位于1 147 cm-1、1 364 cm-1和1 538 cm-1,与己报导的纳米金刚石拉曼光谱类似.该方法可制备出粒径约为20 nm粒度分布均匀致密具有较高含量的sp3键的纳米金刚石薄膜.     

提高微米金刚石聚晶薄膜的场发射点密度研究

利用微波等离子化学气相沉积的方法,制备出微米金刚石聚晶颗粒薄膜,通过扫描电镜、拉曼光谱、X射线实验,分析了薄膜的形貌与结构,用场发射二级结构研究薄膜的场发射性能.研究了微米金刚石聚晶薄膜的产生的机理,调整制备过程中的参数来增加聚晶颗粒的密度,提高场发射点的密度,为制备大面积、均匀的场发射阴极打下基础.     

新型结构碳材料——碳纳米针

采用钟罩式微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)设备,以氢气和甲烷作为反应气源,制备了一种新型结构碳材料--碳纳米针.通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对其形态结构和成份进行了分析研究,结果表明,该种新型结构碳材料具有与碳纳米棒、碳纳米丝相似的性质,而且由于这种碳纳米针独特的结构,更适用于作为扫描探针显微镜的电子探针,从而使得其在某些领域(如电子源探针、扫描探针显微技术、纳米电子器件等)具有潜在的应用前景.     

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。     

纳米厚度氮化硼薄膜的场发射特性

利用射频磁控溅射方法，在n型(100)Si基底上沉积了不同厚度(54一135nm)的纳米氮化硼(BN)薄膜。红外光谱分析表明，BN薄膜结构为六角BN(h—BN)相(1380cm^-1和780cm^—1)。在超高真空系统中测量了不同膜厚BN薄膜的场发射特性，发现BN薄膜的场发射特性与膜厚关系很大，阈值电场随着厚度的增加而增大。由于BN薄膜和Si基底界面间存在功函数差，使得Si基底中电子转移到BN薄膜的导带，在外电场作用下隧穿BN表面势垒，发射到真空。     

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。     

复合发光碳膜

分析研究复合碳膜的制备及场发射效果。在陶瓷衬底上磁控溅射一层金属钛,对金属钛层进行仔细研磨,放入微波等离子体化学气相沉积腔中,在镀钛陶瓷衬底上制备出碳膜。利用扫描电镜、x射线衍射、拉曼光谱分析复合碳膜的微观结构和微观表面形态,表明此碳膜是含有碳纳米管、非晶碳和球状微米金刚石颗粒的复合碳膜。用二极管型结构测试了复合碳膜的场致发射电子的性能。首次发光的电场为0.75V/μm,稳定发光2.56V/μm的电场下,复合碳膜阴极发射电流密度为7.25mA/cm2。并对其复合碳膜制备成因及发射机理进行了研究。     

碳纳米管(CNT)场发射显示器的关键技术的研究

对碳纳米管阴极的制备以及场发射显示器的真空封装技术进行了研究.利用一种新的碳纳米管生长工艺制备出了具有优良场发射性能的碳纳米管阴极.并将这种直接生长的碳纳米管薄膜作为阴极,结合一种弹性封装工艺,开发了一种具有简单字符显示功能的场发射显示器.该显示器在较低的工作电压下就可获得高亮度的显示效果,并且器件的亮度与驱动电压成较好的线性关系,这将有利于未来的碳纳米管场发射显示器实现高亮度和多级灰度显示.器件的持续工作寿命测试已经超过5500小时,充分验证了碳纳米管作为场发射阴极的应用潜力.     

Field Emission and Electric Discharge of Nanocrystalline Diamond Films

Nanocrystalline diamond (NCD) films were produced by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) using gas mixtures of Ar, H₂, and CH₄. The structural properties, electron emission, and electric discharge behaviors of the NCD films varied with H₂ flow rates during MPECVD. The turn-on field for electron emission at a pressure of 2.66 × 10⁻⁴ Pa increased from 4.2 V μm⁻¹ for the NCD films that were deposited using a H₂ flow rate of 10 cm³ min⁻¹ to 7 V μm⁻¹ for films deposited at a H₂ flow rate of 20 cm³ min⁻¹. The NCD film with a low turn-on field also induced low breakdown voltages in N₂. The grain size and roughness of the NCD films may influence both the electron emission and the electric discharge behaviors of the NCD cathodes.     

沉积温度对碳膜结构及其场发射特性的影响

利用微波等离子体化学气相沉积法在覆盖金属钛层的陶瓷衬底上,利用改变衬底温度方法沉积不同结构的碳膜。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱对碳膜进行了分析测试,并研究了不同衬底温度下沉积的碳膜的场致电子发射特性。对于在衬底温度800℃时制备的碳膜,在电场3.3 V/μm时,最大场发射电流密度达1 mA/cm2。