碳化硅準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)制備、場發(fā)射特性及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、冷陰極在真空電子器件中有重要應(yīng)用。尋找低閾值發(fā)射電場和高發(fā)射電流密度的場發(fā)射材料是制作冷陰極的技術(shù)關(guān)鍵。新型冷陰極電子發(fā)射材料研究的一個主要方向是場發(fā)射準(zhǔn)一維納米材料的研制。
　　 本論文以探索有潛力的新型冷陰極電子發(fā)射材料、開拓半導(dǎo)體準(zhǔn)一維納米材料場發(fā)射規(guī)律的研究為目標(biāo),開展碳化硅(SiC)準(zhǔn)一維納米材料的制備技術(shù)及其生長機制、它們的場發(fā)射特性和發(fā)射機理的研究,在碳化硅準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)制備方法、場發(fā)射規(guī)律和解決它們在冷陰極應(yīng)用上

2、的關(guān)鍵基礎(chǔ)性問題上取得有創(chuàng)新意義的結(jié)果。本論文的主要研究成果概括如下:
　　 1、自主發(fā)展了催化-熱蒸發(fā)制備碳化硅納米結(jié)構(gòu)的技術(shù),成功制備出不同幾何結(jié)構(gòu)的碳化硅準(zhǔn)一維納米材料,并獲得了能夠?qū)崿F(xiàn)單晶碳化硅納米棒或線的生長條件。利用自主發(fā)展的催化一熱蒸發(fā)技術(shù),制備出碳化硅納米尖針、碳化硅納米樹、碳化硅納米線、碳化硅納米棒、碳化硅納米結(jié)等,所制備的碳化硅納米棒或線是單晶結(jié)構(gòu),它們的形式有粉體納米結(jié)構(gòu)、碳化硅陶瓷片基的納米棒或線薄膜、導(dǎo)

3、電平面襯底基的納米棒或線薄膜。
　　 2、提出可以通過生長條件控制納米線或棒尖端的形狀,降低其曲率半徑可以降低場發(fā)射啟動和閾值電場,并在實驗上得到證明。通過控制制備條件,成功制備出尖針狀碳化硅納米棒粉體材料,場發(fā)射表明它具有低電場發(fā)射的特性和優(yōu)秀的發(fā)射穩(wěn)定性。
　　 3、發(fā)展了在碳化硅陶瓷片襯底上直接生長碳化硅納米棒薄膜的技術(shù),并較系統(tǒng)地研究了所制備納米棒薄膜的場發(fā)射特性,獲得了較好的場發(fā)射特性和納米棒幾何結(jié)構(gòu)對場發(fā)射特

4、性影響的規(guī)律。研究結(jié)果表明:碳化硅陶瓷片襯底上生長的細(xì)小直徑碳化硅納米棒薄膜,在電流密度為10μA/cm2下開啟電場為1.72MV/m,在電流密度為10 mA/cm2下閾值電場為2.9 MV/m,在電場為3.31 MV/m時電流密度可以達(dá)到69.29 mA/cm2,并且具有良好的發(fā)射穩(wěn)定性。
　　 4、研究了碳化硅準(zhǔn)一維納米材料在冷陰極電子源上應(yīng)用的幾個關(guān)鍵基礎(chǔ)問題,并實現(xiàn)了在導(dǎo)電襯底上制備出碳化硅納米棒或線薄膜,實現(xiàn)了碳化硅準(zhǔn)

5、一維納米材料的復(fù)合薄膜電子源。圍繞冷陰極電子源應(yīng)用,研究和發(fā)展方法,解決在導(dǎo)電平面襯底上制備碳化硅準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)薄膜的問題。采用自組裝直接生長方法,實現(xiàn)在金屬襯底和硅襯底上制備碳化硅納米棒或線薄膜；采用復(fù)合結(jié)構(gòu)與印制技術(shù)結(jié)合的方法,以粉體碳化硅準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)為源材料,成功制備出碳化硅納米棒基的復(fù)合薄膜冷陰極電子源。
　　 5、獲得了溫度、氣氛對碳化硅陶瓷片基的碳化硅納米棒薄膜場發(fā)射特性影響的規(guī)律,主要表現(xiàn)是:1)開啟電場隨溫度的