氣體吸附對ZnO場發(fā)射性能的影響.pdf

1、氧化鋅作為寬帶半導體，具有負電子親和勢，高的機械強度和良好的化學穩(wěn)定性等特性，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膱霭l(fā)射陰極材料。在納米氧化鋅場發(fā)射應用中，氣體成分在氧化鋅表面的吸附會對其場發(fā)射電流產(chǎn)生一定的影響。
　　 本文采用基于密度泛函理論的第一性原理，理論研究了氧化鋅場發(fā)射機理和H2、H2P、CO、CO2、Ar、CH4氣體吸附對氧化鋅場發(fā)射性能的影響。結果表明電場強度對氧化鋅電子結構造成不同影響。隨著場強的增大，氧化鋅的HOMO和LUM

2、O能級均有所提高，造成費米面能級升高，功函數(shù)減小，隧道效應增強，電子更容易從氧化鋅表面發(fā)射到真空中。同時在電場作用下，電子的運動更加活躍，并向氧化鋅表面移動，導致表面電荷增多。在真實的場發(fā)射實驗中，氧化鋅晶體表面電子發(fā)射后所留下的空穴，會立即被從底部傳導來的電子補充，從而形成穩(wěn)定的場發(fā)射電流。
　　 H2、H2O、CO、CO2、Ar、CH4氣體吸附會影響氧化鋅場發(fā)射性能。H2、H2O、CH4分子吸附對氧化鋅場發(fā)射有積極作用，主要

3、表現(xiàn)在吸附氣體與氧化鋅表面發(fā)生軌道雜化，引起指向氧化鋅表面的誘導偶極距，氧化鋅表面受到偶極子層的作用，表面電荷增多功函數(shù)降低，且?guī)督档停娮右子谝莩?。而CO、Ar、CO2分子吸附下，產(chǎn)生指向吸附分子的偶極距，即吸附分子為負電荷中心，氧化鋅表面為正電荷中心。氣體吸附作用抑制了氧化鋅電荷的轉移，致使表面電荷分布減少。同時在軌道雜化的作用下，HOMO和LUMO能級降低，引起功函數(shù)的增大，不利于電子的發(fā)射。氧化鋅表面吸附不同氣體分子的功函數(shù)比

4、較為：
　　 φads(H2)<φads(H2O)<φads(CH4)<φ(ZnO)<φads(Ar)<φads(CO)<φads(CO2)。
　　 通過氣體吸附對納米氧化鋅陰極材料幾何結構和電子結構影響的研究，為場發(fā)射器件工藝技術改進提供了理論依據(jù)。在納米氧化鋅場發(fā)射器件封裝時，應盡量排除CO、Ar、CO2等氣體，以減少環(huán)境氣體對納米氧化鋅場發(fā)射性能的消極作用。同時，適量的CH4、H2或H2O氣體，可有效增強納米氧化鋅