中山大学 电子与信息工程学院, 光电材料与技术国家重点实验室, 广东省显示材料与技术重点实验室, 广州 510275
作为一种典型的近藤拓扑绝缘体, 近年来六硼化钐(SmB6)材料受到了凝聚态物理和材料科学领域研究者的广泛关注。与块体材料相比, SmB6纳米材料由于具有更大的比表面积而拥有更为丰富的表面电子态, 因此被认为是一个研究表面量子效应和物理机制的理想平台。由于场发射电流主要来源于纳米材料的表面态, 所以研究SmB6纳米材料的场发射特性可以为研究其表面量子特性提供有益的参考。本研究利用化学气相沉积法, 通过控制实验条件在硅衬底上分别实现了SmB6纳米带和纳米线薄膜的生长。研究结果表明: 所制备的SmB6纳米线和纳米带分别为沿着[100]和[110]方向生长的立方单晶结构。场发射特性的测试结果发现: SmB6纳米带薄膜的开启电场为3.24 V/μm, 最大电流密度达到了466.16 μA/cm 2, 其场发射性能要优于纳米线薄膜。同时考虑到SmB6拥有很低的电子亲和势、高电导率和丰富的表面电子态, 所以若可以进一步提高其场发射特性, 那么很可能在冷阴极电子源领域有潜在应用。
六硼化钐 近藤拓扑绝缘体 纳米线 纳米带 场致电子发射 samarium hexaboride (SmB6) topological Kondo insulator nanowires nanobelts field emission (FE)
1 郑州师范学院 物理系, 郑州 450044
2 郑州大学 物理工程学院 材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052
利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD), 在镀金属钛的纯平陶瓷衬底上制备出一层微米量级的类球状金刚石聚晶颗粒碳膜。通过拉曼光谱仪、X射线衍射仪分析了碳膜的成分, 通过扫描电子显微镜观察了碳膜的外部形貌。最后利用场发射的二级结构装置测试了碳膜的场发射性能。讨论了金刚石聚晶碳膜的场发射机理, 得出碳膜场发射性能优异的原因是金刚石聚晶碳膜表面存在强大的场增强现象。
场致电子发射 金刚石聚晶碳膜 MPCVD MPCVD field electron emission diamond polycrystalline carbon film
1 福州大学物理与信息工程学院, 福州 350108
2 场致发射显示技术教育部工程研究中心, 福州 350108
通过丝网印刷将四针状纳米氧化锌(tetrapod-liked zinc oxide nanoneedles, T-ZnO)转移到电极表面, 采用旋涂的方法在T-ZnO阵列上方形成连续的、悬浮结构的还原石墨烯(reduced graphene oxide, rGO)层薄膜, 制备出以T-ZnO为支撑层的T-ZnO/rGO复合薄膜冷阴极。实验表明: 相对于T-ZnO阴极, T-ZnO/rGO薄膜阴极发射电流密度提高、开启场强与阈值场强降低, 其开启场强为2.5 V/μm (电流密度10 μA/cm2), 阈值电场为3.8 V/μm (电流密度为1 mA/cm2), 具有良好的场发射性能。
还原氧化石墨烯 四针状氧化锌 复合阴极 场致电子发射 reduced graphene oxide tetrapod-liked zinc oxide composite emitters electron field emission
1 郑州师范学院 物理系, 郑州 450044
2 郑州大学 物理工程学院 材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052
研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程, 以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底, 将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中, 经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器, 对碳膜进行了形貌与成分分析, 最后利用二极结构场发射装置, 测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化, 并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。
微波等离子体化学气相沉积 场致电子发射 金刚石聚晶碳膜 microwave plasma chemical vapor deposition field electron emission diamond polycrystalline carbon film
1 郑州师范学院 物理与电子工程学院, 河南 郑州450044
2 郑州大学 物理工程学院 材料物理教育部重点实验室, 河南 郑州 450052
在纯平的陶瓷衬底上面, 利用磁控溅射方法镀上一层金属钛。对金属钛层进行表面缺陷处理后, 放入微波等离子体化学气相沉积腔中, 利用正交实验方法制备出场发射性能最优的薄膜, 通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪等仪器,研究了薄膜的微观表面形态、结构组成等, 得到了该薄膜是球状微米金刚石薄膜的结论。并进一步研究了最优场发射薄膜的发射机理。
球状微米金刚石薄膜 场致电子发射 微波等离子体化学气相沉积 globularmicron diamond films field emission chemical vapor deposition
1 中国科学院光电技术研究所 微细加工光学技术国家重点实验室， 成都 610209
2 电子科技大学 光电信息学院， 成都 610054
3 中国科学院大学，北京 100049
为研究MEMS静电驱动器的场电子发射效应，设计并加工了排斥驱动器和平行板驱动器两种不同结构的静电驱动器，实验测试了电极间漏电流随驱动电压的变化关系，验证了其满足场发射效应的FN理论公式，从而首次观察到静电排斥驱动器的场致电子发射效应。根据测试结果计算得到了所设计的两种MEMS静电驱动器的名义发射面积和场增强因子。由于器件自身的结构设计特征，平行板驱动器相对于排斥驱动器具有更大的名义发射面积和更小的场增强因子。
静电驱动器 场致电子发射 场增强因子 名义发射面积 可靠性 MEMS MEMS electrostatic actuators field electron emission field enhancement factor notional emission area reliability
1 郑州师范学院 物理系, 郑州 450044
2 郑州大学 物理工程学院材料物理教育部重点实验室,郑州 450052
分析研究复合碳膜的制备及场发射效果。在陶瓷衬底上磁控溅射一层金属钛, 对金属钛层进行仔细研磨, 放入微波等离子体化学气相沉积腔中, 在镀钛陶瓷衬底上制备出碳膜。利用扫描电镜、x射线衍射、拉曼光谱分析复合碳膜的微观结构和微观表面形态, 表明此碳膜是含有碳纳米管、非晶碳和球状微米金刚石颗粒的复合碳膜。用二极管型结构测试了复合碳膜的场致发射电子的性能。首次发光的电场为0.75 V/μm, 稳定发光2.56V/μm的电场下, 复合碳膜阴极发射电流密度为7.25 mA/cm2。并对其复合碳膜制备成因及发射机理进行了研究。
复合碳膜 场致电子发射 微波等离子体化学气相沉积 the carbon composite films field emission chemical vapor deposition
福州大学 场致发射显示技术教育部工程研究中心, 福州 350002
采用丝网印刷技术制备四针状氧化锌(tetrapod-liked zinc oxide nanoneedles, T-ZnO)场发射阴极, 通过向T-ZnO阴极表面电泳沉积碳纳米管(carbon nanotube, CNT)薄膜制备了T-ZnO/CNT复合阴极。扫描电子显微镜观察表明: 与T-ZnO阴极相比, T-ZnO/CNT复合阴极与衬底电极之间具有较大的有效接触面积。采用二极场发射器件结构研究T-ZnO和T-ZnO/CNT的场发射特性, 实验表明: 相对于T-ZnO阴极, T-ZnO/CNT复合阴极发射电流密度大、开启场强与阈值场强低、发射点密度高, 且具有良好的工作稳定性。
四针状氧化锌 碳纳米管 复合阴极 场致电子发射 tetrapod-liked zinc oxide nanoneedles carbon nanotube composite emitters electron field emission
1 郑州师范学院 物理系，郑州 450044
2 郑州大学 物理工程学院 材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052
利用微波等离子体化学气相沉积法，在覆盖金属钛层的陶瓷衬底上，通过改变沉积时间制备出不同结构的类球状微米金刚石聚晶碳膜.通过扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线衍射谱对碳膜进行了分析测试，并研究了不同沉积时间下沉积的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场致电子发射特性.结果显示:不同的沉积时间所制备的碳膜形貌有很大变化，场致电子发射的效果也有很大不同，从而得出了场增强因子的降低和导电通道的增长是场发射效果变差的主要原因.
微波等离子体化学气相沉积 场致电子发射 类球状微米金刚石聚晶 Diamond microcrystalline-aggregate array Field emission Chemical vapor deposition
1 郑州大学 电气工程学院, 河南 郑州 450044
2 郑州师范高等专科学校 物理系, 河南 郑州 450044
在陶瓷衬底上通过磁控溅射方法镀上金属Ti层后, 改用CH4为溅射气体制备一层碳化物过渡层, 利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备出类球状微米金刚石聚晶薄膜。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱和x-射线衍射分析了薄膜的结构和表面形貌。测试了类球状微米金刚石聚晶膜的场致电子发射特性, 有过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的场发射开启电场仅为0.9 V/μm, 在2.5 V/μm的发射电场下电流密度是10.8 mA/cm2, 而无过渡层制备的类球状微米金刚石聚晶膜的开启电场为1.27 V/μm, 在2.5V/μm的发射电场下电流密度是0.5 mA/cm2。实验结果表明, 有碳化物过渡层的类球状微米金刚石聚晶薄膜的场发射特性效果更好。
微波等离子体化学气相沉积 场致电子发射 类球状微米金刚石聚晶 diamond microcrystalline-aggregate field emission chemical vapor deposition
