大面積氧化鎢冷陰極納米材料的制備與性能研究.pdf

1、場發(fā)射電子源在平板顯示器、微波放大器、X射線管以及真空微電子設備等方面有著廣泛的應用。近年來，人們研究發(fā)現(xiàn)金屬氧化物納米線有望作為冷陰極材料而應用在場發(fā)射領域。其中，過渡族的金屬氧化物如氧化鎢和氧化鉬的場發(fā)射特性尤其引人注目，它們在開啟電場、閾值電場、電流穩(wěn)定性以及分布均勻性等方面都表現(xiàn)出了良好的性能。本博士論文先綜述了場致電子發(fā)射的基本理論和研究方法，然后重點介紹大面積熱蒸發(fā)系統(tǒng)的構建、多種氧化鎢納米材料的制備、氧化鎢冷陰極納米材料的

2、場致電子發(fā)射特性以及場發(fā)射后處理技術等方面的研究結果。本論文的主要研究成果可概述如下:
　　 1.開發(fā)了一種新型的大面積熱蒸發(fā)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以制備出多類金屬氧化物的納米材料，包括氧化鎢冷陰極納米材料。
　　 2.通過熱蒸發(fā)沉積技術制備了氧化鎢的僅包含納米線的薄膜、包含納米線和三維納米線網絡的混合薄膜以及僅包含三維納米線網絡的薄膜。詳細地研究這些薄膜的生長條件，探索如何控制薄膜中三維納米線網絡所占的比例。研究表明，為控

3、制三維納米線網絡的生成，在熱蒸發(fā)沉積過程中必須給襯底提供足夠的溫度，三維納米線網絡的生成概率可以通過控制襯底溫度來進行調節(jié)。對這些薄膜的場發(fā)射特性進行了研究，結果表明隨著混合程度的改變，薄膜的場發(fā)射特性也按一定規(guī)律發(fā)生變化。
　　 3.通過多步熱蒸發(fā)處理技術在硅片襯底上生長了大面積的氧化鎢鉛筆狀納米結構陣列。調節(jié)生長溫度可以改變鉛筆狀納米結構的納米尖端之間的距離。該類陣列具備非常好的場發(fā)射性能，開啟電場為1.26 MV/m，閾值

4、電場為3.39MV/m。氧化鎢鉛筆狀納米結構陣列具有高的場發(fā)射增強因子和低的場發(fā)射的屏蔽效應，因此它具備較低的開啟電場和閾值電場。這種納米結構非常適合于應用在冷陰極電子源中。
　　 4.提出了一個用于評價場致電子發(fā)射均勻性的新指標:有效發(fā)射面積百分比。該指標非常適合于評價那些分辨率偏低，場發(fā)射址數(shù)目難于準確統(tǒng)計的場發(fā)射像照片。利用MATLAB軟件實現(xiàn)了對場發(fā)射像照片中的電子亮斑進行除噪、分割和統(tǒng)計，進而快速地計算出發(fā)射址數(shù)目與有