纳米非晶碳膜的制备及场发射性能的研究

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电子显示器是人和机器之间的媒介物,是从各种机器(装备)上产生的各种情报信息通过视觉传递给人们的电子器件。它在人和机器之间担负着桥梁作用。 平板显示作为一种新型的显示技术,越来越多的受到人们的关注,与CRT相比较,它具有重量轻、体积小、功耗低等优点,因而在大屏幕显示、便携式计算机等领域有着广泛的应用前景。而场发射平板显示作为平板显示中的新生力量,近几年来成为人们关注的焦点。它的关键在于制作高效、稳定、均匀的场发射冷阴极。在阴极材料上,人们已经尝试了很多,如金属微尖锥型场发射阵列(spind型)、金刚石或类金刚石冷阴极材料、碳纳米管薄膜材料。但在非晶碳薄膜场发射方面的研究相对较少,由于它具有良好的化学稳定性和热稳定性、高的熔点和热导率、小的介电常数、大的载流子迁移率和高的击穿电压,特别是这些材料的电子亲合势(EA)很小甚至是负值(NEA),成为近年来研究的一个重要方向。 本文在对纳米非晶碳膜场发射性能方面的研究主要有以下几个方面: (1) 纳米非晶碳膜的制各及场发射性能测试 利用微波等离子体化学气相沉积(MPECVD)方法,在经过金刚砂研磨并镀钛的硅(111)片上生长纳米非晶碳薄膜。并通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射光谱(XRD),拉曼光谱(Raman),X射线电子能谱(XPS)等对薄膜的结构和形貌进行了分析。结果表明:沉积的材料为纳米非晶碳薄膜。在场发射的测量方面,我们利用二极管结构,在高真空(小于5×10-5pa)下进行,并利用ccd对阳极的荧光进行了记录。结果表面:沉积的纳米非晶碳薄膜的开启电场很低,为0.6V/μm。在电场为3.7V/μm时,场发射点密度大于为105/cm2,电流密度达到2.5mA/cm2。这些数据说明了纳米非晶碳薄膜是一种优良的冷阴极材料。 (2) 制备纳米非晶碳膜条件的优化 本文在制备纳米非晶碳膜时,使用的是微波微波等离子体化学气相沉积(MPECVD)方法,因此可控条件较多,包括:a.过渡层的选择;b.CH4流量的选择;c.微波功率的高低;d.沉积时间的长短。在过渡层的选择上,我们分别用Ni、Mo、Ti三种常见金属,并测试其薄膜场发射性能。结果表明:Ti作为过渡层时,场发射开启电压最低,发射点较均匀,较低电场下就可获得较大的电流密度;而当甲烷流量为16sccm,微波功率为1700w,沉积时间为3小时,得到的薄膜场发射
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