纳米碳管场致发射的研究
纳米碳管具有优良的电学性质,可以作为优异的场致发射体材料.随着真空微电子学和场致发射技术的发展,纳米碳管可能继金属和金刚石发射体,成为冷阴极场致发射器件中主要的阴极发射材料.电化学阳极氧化法是一种方便、廉价而独特的制备纳米结构的方法.该论文采用电化学阳极氧化法分别制备了多孔氧化铝薄膜和多孔硅薄膜,利用交流电化学法和真空蒸发方式分别在多孔材料的孔道内沉积了Fe/Ni催化剂颗粒,然后采用热化学气相沉积法在700℃催化裂解乙炔分子制备了多壁纳米碳管阵列,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察分析了样品的表面形貌.氧化铝膜由底部的阻挡层和上部的多孔层构成,其多孔层由密集排布的六角棱柱形孔构成,孔彼此间平行,与样品表面垂直,孔径范围为50mn-200mn;多孔硅是由许多沿垂直于表面方向延伸的柱形孔构成,多孔硅的孔径范围在1-4μm.分析表明,采用热CVD制备的纳米碳管由于纳米碳管的生长具有明显的催化选择性和模板孔道的限制作用,其管径比较均匀,纯度高,取向性较好.纳米碳管的直径约为50-100nm,管长约为1-10μm.以模板法制备的纳米碳管阵列为场发射阴极,我们设计并制作了纳米碳管场发射真空二极管和三极管的样管,进行了场致发射实验.呈线性的Fowler-Nordheim曲线证明了纳米碳管的场致发射,开启场强均为3-4V/μm,发射电流以密度为300μA/cm<'2>时,在10个小时的测量时间内,归一化发射电流密度平均波动范围小于10％.为了制作大面积纳米碳管场致发射阴极,该论文中采用丝网印刷法在ITO玻璃基底上制作了纳米碳管字符阴极,并且在动态真空系统中进行了二极和三极结构的场发射实验.在二极结构中,阳极荧光屏可以看到明亮稳定的字符图象,开启场强小于3.5V/μm,发射电流密度可达2mA/cm<,2>.三极结构中,测量所得的I-V曲线表明了栅极的调制作用,开启电压低于3V/μm,通过改变栅极电压可以改变阴极发射电流对栅极的透过率,实验结果表明,阳极接收到的电流可以达到整个阴极发射电流的70％以上,有效的减少了栅极对电流的截获.
纳米碳管;电化学阳极氧化;多孔氧化铝;多孔硅;化学气相沉积;丝网印刷;场发射实验
东南大学
硕士
物理电子学
雷威;王保平
2003
中文
TN27;TB383
66
2004-07-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）