TiSi納米線-硅化鈦薄膜一體結(jié)構(gòu)的制備、性能及應(yīng)用研究.pdf

1、硅化鈦具有低電阻率、較高的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性等諸多優(yōu)異的性能，且由于其可以與硅工藝兼容而具有重要的研究價(jià)值。自1991年碳納米管發(fā)現(xiàn)以來，一維納米材料的研究引起了人們廣泛的關(guān)注，硅化鈦納米線的制備、性能及應(yīng)用研究也逐漸開展起來。本文使用SiH4和TiCl4為前驅(qū)體，N2為稀釋氣體和載氣，通過常壓化學(xué)氣相沉積在玻璃基板及硅基板上制備了硅化鈦薄膜及硅化鈦納米線，并將這種硅化鈦納米線/硅化鈦薄膜一體結(jié)構(gòu)用作場(chǎng)發(fā)射的陰極以及電介質(zhì)薄膜的底電

2、極進(jìn)行研究，探索了其形成過程、場(chǎng)發(fā)射性能以及作為電介質(zhì)薄膜電極的應(yīng)用前景。具體內(nèi)容如下：
　　 1.研究了各種沉積條件對(duì)硅化鈦薄膜形成及其導(dǎo)電性的影響。結(jié)果表明，低SiH4/TiCl4下形成的是Ti5Si3薄膜，而高SiH4/TiCl4下形成的是面心正交的TiSi2薄膜，所形成的晶相種類均不隨其他沉積條件的變化而變化。當(dāng)SiH4/TiCl4處于中間位置時(shí)，高溫下形成的是Ti5Si3薄膜，低溫下形成的是TiSi2薄膜。熱力學(xué)自由能

3、的變化在不同薄膜的形成中起了關(guān)鍵作用。
　　 2.研究了Ti5Si3薄膜、TiSi2薄膜及兩種相的混合相薄膜上TiSi納米線、納米釘及火箭狀納米線的形成及形成機(jī)理。結(jié)果表明，TiSi相的各向異性生長造成了納米線的形成。納米線的形態(tài)、直徑及密度受沉積溫度，源氣體濃度等的影響。納米線的形成還極大的受薄膜種類、結(jié)晶程度等的影響，結(jié)晶程度越高，納米線越容易形核。TiSi2薄膜上形成的納米線的直徑小于Ti5Si3上的。納米線能否形成極大的

4、取決于沉積條件，而不依賴于基板，納米線相對(duì)基板的準(zhǔn)直性與其下薄膜的平整度等相關(guān)性較大。
　　 3.研究了各種不同形貌的硅化鈦納米線/硅化鈦薄膜一體結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射性能，并研究了薄膜成分、納米線直徑、納米線分布、納米線形態(tài)以及電極間距等對(duì)硅化鈦納米線/硅化鈦薄膜場(chǎng)發(fā)射性能的影響。結(jié)果表明，TiSi火箭狀納米線/TiSi2薄膜場(chǎng)發(fā)射開關(guān)電場(chǎng)可低至2.33 V/μm(電流密度超過10μA/cm2時(shí)的電場(chǎng))，最大電流密度可達(dá)917.43μA

5、/cm2(電場(chǎng)強(qiáng)度為4.18V/μm)。納米線直徑越小，則其尖端電場(chǎng)越強(qiáng)；與火箭狀納米線及普通納米線相比，釘狀納米線的尖端場(chǎng)強(qiáng)更強(qiáng)；束狀分布的納米線具有更高的尖端場(chǎng)強(qiáng)及更大的場(chǎng)發(fā)射體密度。納米線尖端的場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)，尖端數(shù)量越多，則其開關(guān)電場(chǎng)越低，場(chǎng)發(fā)射電流密度越大。TiSi納米線/TiSi2薄膜具有比TiSi納米線/Ti5Si3薄膜更低的開關(guān)電場(chǎng)及更大的場(chǎng)發(fā)射電流密度。
　　 4.使用溶膠-凝膠及射頻-磁控濺射法，在Ti5Si3薄膜

6、、TiSi納米線/Ti5Si3薄膜、TiSi納米線/Ti5Si3+TiSi2薄膜及ITO上制備了BT、BST及PST等電介質(zhì)薄膜，研究了硅化鈦薄膜及納米線上電介質(zhì)薄膜的介電性能。結(jié)果表明，與ITO基板相比，Ti5Si3薄膜、TiSi納米線/Ti5Si3薄膜、TiSi納米線/Ti5Si3+TiSi2薄膜上形成的電介質(zhì)薄膜的結(jié)晶性更好，電容更大，損耗更低，且電容和損耗對(duì)頻率的依賴性更低；與Ti5Si3薄膜相比，納米線上形成的電介質(zhì)薄膜的電容