碳-硅納米孔柱陣列的光致發(fā)光與場發(fā)射性能研究.pdf

1、硅納米孔柱陣列(Si-NPA)是一種具有強紅光發(fā)射和弱藍光發(fā)射的多孔硅，且其規(guī)則的陣列非常適合作場致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。本課題中，通過水熱腐蝕法制備了新鮮的Si-NPA，且對其進行了不同的處理，在室溫下于腐蝕溶液中浸泡不同時間、在不同溫度下退火、在1100℃碳化，之后對處理過的Si-NPA進行了微觀形貌表征及發(fā)光性能測試；在此基礎上，在不同的溫度下以二甲苯和乙醇為碳源對Si-NPA進行了碳膜沉積，并測試了其場發(fā)射性能，且對C/Si-NPA的場

2、發(fā)射性能作了優(yōu)化處理。取得了以下主要結(jié)果：
　　1、采用水熱腐蝕法制備Si-NPA，在其經(jīng)過高溫腐蝕后繼續(xù)在腐蝕溶液中浸泡不同時間。通過SEM表征，發(fā)現(xiàn)Si-NPA硅柱隨浸泡時間增加而減小、硅柱面密度增大；而EDS能譜及XRD衍射譜表明，Si-NPA表面氧化硅的含量隨著浸泡時間的增加而減小，伴隨著Si-NPA藍光區(qū)發(fā)光峰強度的逐漸減弱甚至消失，從而證實了此發(fā)光峰是來源于Si-NPA中的氧缺陷發(fā)光；同時，通過改變浸泡時間，實現(xiàn)了對S

3、i-NPA紅光區(qū)發(fā)光峰的峰位調(diào)節(jié)。
　　2、對Si-NPA在不同溫度下(300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃)退火10 min。發(fā)現(xiàn)Si-NPA的微觀形貌在退火之后沒有變化，而Si-NPA的紅光區(qū)發(fā)光峰相對強度逐漸減弱甚至消失，同時藍光區(qū)發(fā)光峰相對強度逐漸增加。認為這是Si-NPA在高溫下退火，其表面的氧化硅層增厚、氧缺陷增加，從而導致紅光峰的消失及藍光峰的顯現(xiàn)。
　　3、在1100℃對Si-NPA進行不同時間

4、(2、4、6、8、10、12、14、16 min)碳化處理。當碳化時間為6 min時，發(fā)現(xiàn)Si-NPA的微觀形貌沒有發(fā)生改變。隨著碳化時間的增加，Si-NPA表面將逐漸形成一層無定型碳膜。與此同時，經(jīng)過高溫碳化后，Si-NPA的紅光區(qū)發(fā)光峰消失，藍光區(qū)發(fā)光峰顯現(xiàn)出來，且在350 nm附近出現(xiàn)一個新的發(fā)光峰。
　　4、以二甲苯為碳源在不同溫度對Si-NPA進行40 min的碳膜沉積，同時以乙醇為碳源對Si-NPA進行15 min的碳

5、膜沉積。發(fā)現(xiàn)碳膜厚度隨著沉積溫度的升高先逐漸增加后減小，同時碳膜與Si-NPA的SiC界面層厚度逐漸增加。在C/Si-NPA的場致發(fā)射性能中，隨著溫度的升高其開啟場強先減小后增加，即在沉積時間一定(二甲苯：40 min，乙醇：15 min)時，存在一個最佳沉積溫度(二甲苯：1000℃，乙醇：950℃)。因此，我們認為其開啟場強與C/Si-NPA碳膜厚度及SiC界面層厚度相關。
　　5、在最佳沉積溫度通過改變沉積時間來優(yōu)化C/Si-

6、NPA的場致發(fā)射性能。明顯的，隨著沉積時間的增加，碳膜的厚度將增加，然而我們同時發(fā)現(xiàn)SiC的Raman特征峰相對強度也增加。對C/Si-NPA進行場致發(fā)射性能測試，其開啟場強并不隨沉積時間的增加而減小。我們推測存在著一個SiC界面層的最佳厚度，界面層厚度超過這一值時C/Si-NPA的開啟場強將升高。
　　6、在較低溫度(900℃)對Si-NPA進行碳膜沉積，以此來延長SiC界面層達到最佳厚度的時間。發(fā)現(xiàn)在此優(yōu)化方案中，C/Si-N