Al摻雜ZnO納米線制備及其場發(fā)射性能研究.pdf

1、場致發(fā)射顯示器(FED)是一種新型的平板顯示器件，具有功耗低、高亮度、高分辨率、工作環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。場發(fā)射陰極材料(FEA)是 FED技術(shù)研究的重點(diǎn)，其場發(fā)射性能直接決定了FED的性能。
　　一維ZnO材料由于其陣列制備成本低，并且有很大的長徑比和納米量級的曲率半徑，是一種得到廣泛研究的場發(fā)射陰極材料。但因本征ZnO導(dǎo)電能力較差，制約了其場發(fā)射性能，因此本課題以提高ZnO納米陣列的場發(fā)射能力為研究目標(biāo)，在合理控制ZnO納米陣列

2、的密度、尖端形貌的同時(shí)對ZnO進(jìn)行Al摻雜，增強(qiáng)ZnO納米陣列的導(dǎo)電能力，提高ZnO納米陣列的場發(fā)射電流密度，滿足FED對陰極材料發(fā)射能力的要求。
　　本課題通過水熱法在硅基片成功制備出Al摻雜ZnO納米線陣列，并研究其場發(fā)射性能，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.利用磁控濺射制備ZnO籽晶層，得出ZnO薄膜的沉積速率為18nm/min，薄膜厚度均勻性較佳，并獲得了最佳的磁控濺射工藝參數(shù)。
　　2.采用水熱反應(yīng)法制備無

3、摻雜ZnO納米線，得到最佳的水熱反應(yīng)工藝參數(shù)為：溶液濃度0.025M，生長時(shí)間4小時(shí)，濺射時(shí)間30~45s。
　　3.利用晶種生長法制備出直徑尺寸小于50nm的ZnO納米陣列，進(jìn)行場發(fā)射性能測試，得到其開啟電場為5.2V/μm，最大電流密度為243μA/cm2。
　　4.不同溶液濃度制備的ZnO納米線場發(fā)射性能測試表明，高濃度雖然可以增加有效場發(fā)射面積，但這種面積的增加不足以抵消場屏蔽效應(yīng)帶來的性能下降，濃度越高的樣品場發(fā)射

4、性能越差。
　　5.通過水熱法成功制備出Al摻雜ZnO納米線，納米線沿c軸（002）晶向擇優(yōu)取向生長，平均直徑為50nm。對Al摻雜ZnO納米線進(jìn)行場發(fā)射性能測試，得到Al摻雜濃度為4at％時(shí)納米線的場發(fā)射性能最好，最大電流密度為4.7mA/cm2，滿足小尺寸FED的需求，開啟電場為0.65 V/μm，閾值電場為6.7 V/μm，場增強(qiáng)因子是1834。
　　研究表明，Al摻雜可以有效提高ZnO納米陣列的場發(fā)射性能，這為拓展一