SiC柔性場發(fā)射陰極材料制備與精細調控及其電子發(fā)射特性.pdf

1、場發(fā)射是低維納米材料的固有特性之一，在顯示和真空電子等領域具有廣泛的應用前景，其真正應用的關鍵基礎是如何降低其開啟電場并提高其電子發(fā)射穩(wěn)定性。本論文圍繞新穎高效的SiC柔性場發(fā)射陰極材料的研發(fā)，基于局域場增強效應和摻雜改性調控費米能級附近的電子態(tài)密度等原理，系統(tǒng)探索和優(yōu)化了有機前驅體熱解工藝，通過控制降溫速率和熱解氣氛兩個關鍵工藝參數，實現了SiC單晶低維納米材料形貌及其摻雜的精細控制，達到了對其場發(fā)射性能的強化，實現了具有良好柔性、低

2、開啟電場和高電子發(fā)射穩(wěn)定性的SiC場發(fā)射陰極材料的研發(fā)。綜合本論文工作，所取得的成果如下：
　?。?）采用有機前驅體熱解工藝，以聚硅氮烷（PSN）為前驅體，N2/Ar混合氣體為保護氣氛，其中PSN提供SiC生長所需Si和C源，保護氣氛中的N2提供N摻雜源，以碳纖維布為襯底，實現了柔性N摻雜SiC準納米線陣列場發(fā)射陰極的制備。研究結果表明，所制備的材料具有很高的柔韌性，當陰陽極間距為400～800μm時，其開啟電場為1.90~2.6

3、5 V/μm。
　　（2）采用有機前驅體熱解工藝，通過控制降溫速率，實現了柔性N摻雜SiC納米針尖準陣列結構生長的精細控制。場發(fā)射研究結果表明，通過對柔性SiC納米針尖準陣列結構生長的控制，能夠顯著降低其開啟電場，從傳統(tǒng)柔性SiC納米線場發(fā)射陰極材料的開啟電場為2.19 V/μm降低至1.15 V/μm。
　?。?）研究了柔性N摻雜SiC納米針場發(fā)射陰極材料的高溫場發(fā)射特性。實驗結果表明，所制備的SiC場發(fā)射陰極材料能夠勝任

4、高溫等苛刻服役條件，其開啟電場隨溫度的升高而降低，歸因于其功函數隨溫度的升高而降低。
　?。?）采用有機前驅體熱解工藝，通過同時調控降溫速率和N2/Ar混合氣成分，達到了摻雜和形貌的協(xié)同控制效果，實現了SiC針尖狀結構及其 N摻雜濃度的協(xié)同控制。場發(fā)射研究結果表明，在摻雜濃度為4.39~7.58 at.％時，其開啟電場為1.38~1.11 V/μm，表明所制備的SiC場發(fā)射陰極材料具有優(yōu)異的電子發(fā)射性能；所制備的SiC場發(fā)射陰極材

5、料經200次反復彎曲后，其開啟電場基本保持不變，在不同彎曲狀態(tài)下，其電子發(fā)射穩(wěn)定性基本保持不變，表明所制備的柔性SiC場發(fā)射陰極材料具有良好的力學穩(wěn)定性。
　　（5）采用有機前驅體熱解工藝，以純 Ar氣為保護氣氛，實現了柔性 P摻雜單晶SiC納米顆粒場發(fā)射陰極材料的制備。場發(fā)射研究結果表明，P摻雜能夠顯著降低SiC場發(fā)射陰極材料的開啟電場。其不同彎曲次數和彎曲狀態(tài)下以及不同溫度下的電子發(fā)射性能測試結果表明，P摻雜柔性SiC場發(fā)射陰