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碳纳米薄膜的场发射机理研究

作　者: 许基松
导　师: 顾广瑞
学　校: 延边大学
专　业: 光学
关键词: 碳纳米薄膜场发射 F-N理论空间电荷限制电流模型
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

许多研究表明碳纳米薄膜的场发射F-N曲线呈非线性,一方面由于F-N理论应该真正适用于具有大量自由电子的平坦的金属阴极,可能不适用于各种各样的碳纳米碳膜,而这些碳膜具有无规则形态的复杂结构,场发射源和电导率也明显不同于纯金属.另一方面,当电场在一定范围内增加,高达107V/cm时,场发射点的数量及场发射参数可能不是恒定的.另外,相当高的电场作用于样品上时,场发射电流可能要受到空间电荷效应、屏蔽效应等的限制.因而,为了更好地解释碳纳米薄膜的场发射特性,也许修改F-N理论是必要的.本文以碳纳米针薄膜为例对碳纳米碳膜的场发射机理进行了研究.我们提出了一个三电场区域模型,将场发射电流数据分成了三个区域,即低电场区域(非饱和电流区域)、中间电场区域(部分饱和电流区域)和高电场区域(饱和电流区域),通过修改传统的F-N理论和引入空间电荷限制电流(SCLC)模型,分别讨论了低电场、中间电场和高电场区域的碳纳米薄膜的场发射机理.在低电场区域,场发射电流随着电场的增加而迅速增大,考虑碳纳米薄膜的场发射点的高斯分布,对F-N公式进行了修正,利用修改后的F-N公式IFN=CNE2 exp[-Dr0/E+σ2(D/E)2/2],合理地解释了低电场区域的场发射数据；在高电场区域,场发射电流随着电场的增加而达到饱和,考虑空间电荷限制电流效应,从Child-Langmuir定理出发,得到了理论公式Isc=Ksc(E-Eh)3/2,通过曲线拟合可以看出,理论公式完全符合实验曲线；在中间电场区域,场发射电流随着电场的增加而缓慢增加,出现部分饱和趋势,可视为低电场区域的F-N机理和高电场区域的空间电荷限制电流机理的共同作用,因此得到了理论公式I=k1IFN+k2ISC(0≤k1≤1,0≤k2≤1,1≤k1+k2<2),通过调整两个参数的值,理论公式很好地符合了实验曲线.

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章引言  13-20
  1.1 薄膜材料的发展  13
  1.2 碳纳米薄膜的概述  13-18
    1.2.1 碳纳米薄膜的不同结构和性质  14-18
    1.2.2 碳纳米材料的应用领域  18
  1.3 研究意义  18-20
第二章碳纳米薄膜的制备与表征  20-31
  2.1 微波等离子化学气相沉积法  20-21
  2.2 碳纳米薄膜的制备与表征  21-26
    2.2.1 碳纳米薄膜的制备  22
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)原理  22-24
    2.2.3 碳纳米薄膜的表征  24-26
  2.3 场发射特性的测试  26-31
    2.3.1 场发射特性测试系统  26
    2.3.2 碳纳米薄膜的场发射曲线  26-31
第三章 F-N理论与空间电荷效应  31-35
  3.1 F-N理论  31-32
  3.2 空间电荷效应  32
  3.3 统计分布下对F-N方程的修正  32-35
第四章碳纳米薄膜的场发射机理研究  35-48
  4.1 在低电场区域的场发射研究  35-40
  4.2 在高电场区域的场发射研究  40-44
  4.3 在中间电场区域的场发射研究  44-48
第五章结论  48-49
参考文献  49-53
致谢  53-54
附录(攻读硕士学位期间发表论文目录)  54-55

碳纳米薄膜的场发射机理研究

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