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碳纳米管场发射阴极的制备及优化

作　者: 曹章轶
导　师: 孙卓
学　校: 华东师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 碳纳米管化学气相沉积丝网印刷场致发射
分类号: O462
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

碳纳米管(CNTs)的发现，引起了全世界众多科学家的广泛关注。碳管具有优异的电学、力学性能，可以在许多领域得到应用。尤其是它具有大的长径比，低的功函数，良好的导电性和纳米级的尖端，使其能够在相对较低的电压下就能长时间地发射电子，因此被认为是一种优良的场致发射阴极。碳管已经应用于诸如扫描电子显微镜和透射电子显微镜等高分辨率电子束器件，并有望在场致发射平面显示器中得到广泛的应用。本文采用低温低压化学气相沉积(CVD)方法在金属衬底上直接生长碳纳米管薄膜，并分别运用薄膜和厚膜工艺，制作场发射阴极。研究了沉积工艺、后处理工艺等对碳纳米管薄膜场致电子发射性能的影响。本文主要研究结果如下： 1 丝网印刷碳纳米管场发射阴极的场致电子发射性能研究 1) 在一定的生长条件下，沉积60min，在镍片衬底上生长出管径较大、取向无序、分布均匀、结构缺陷较多的多壁碳纳米管。运用丝网印刷技术，制成场发射阴极。 2) 讨论了乙炔流量，镍片上下表面和碳管与有机浆料的浓度比对碳纳米管形貌、结构和场发射性能的影响。结果表明，不同条件下制备的碳纳米管阴极场发射性能有很大的差异。保持压强(2×10~3pa)、氢气的流量(200sccm)、沉积时间(60min)、温度(550℃)不变，当乙炔流量为70sccm，碳管与有机浆料的浓度比为1g／8ml时，在镍片上表面生长的碳管，场发射性能最好，开启电场为4.19V／μm，在5.88V／μm的电场下，电流密度为37μA／cm~2，发射点较多，密度为10~3／cm~2。 3) 对以上工艺条件的阴极进行后续退火处理。在氧气气氛，温度300℃，时间8min的退火条件下，开启电场降至3.95V／μm，电流密度升至43μA／cm~2，发射点增多，密度为2×10~3／cm~2，分布比较均匀。经扫描电镜观察，此时碳管的密度适中，碳管之间的屏蔽效应被有效抑制。因此得出结论：退火处理能改变阴极表面碳管的密度，提高阴极的场发射性能。 2 衬底直接生长碳纳米管场发射阴极的场致电子发射性能研究 1) 在一定的生长条件下，沉积5min，在镍片衬底上生长出管径较小、取向无序、分布均匀、结构缺陷较多的多壁碳纳米管，将覆有碳管的镍片直接作为场发射阴极。 2) 讨论了乙炔流量和沉积时间对碳纳米管形貌、结构和场发射性能的影响。结果表明，不同条件下制备的碳管阴极场发射性能有很大的差异。保持压强(2×10~3pa)、氢气的流量(200sccm)、温度(550℃)不变，当乙炔流量为50sccm，沉积

全文目录

第一章引言  11-17
  第一节碳纳米管简介  11-12
  第二节场致发射原理  12-14
  第三节碳纳米管的场致电子发射  14-15
  第四节本论文的研究内容  15-17
第二章碳纳米管的制备、表征和场发射原理  17-29
  第一节碳纳米管的制备和生长机理  17-20
  第二节碳纳米管的表征  20-22
  第三节碳纳米管的场发射原理  22-29
第三章丝网印刷碳纳米管阴极场发射性能的研究  29-54
  第一节丝网印刷制备碳纳米管场发射阴极  29-34
  第二节沉积工艺对碳纳米管阴极场发射性能的影响  34-42
  第三节印刷工艺对碳纳米管阴极场发射性能的影响  42-46
  第四节退火处理对碳纳米管阴极场发射性能的影响  46-52
  第五节本章小节  52-54
第四章衬底直接生长碳纳米管阴极场发射性能的研究  54-79
  第一节衬底直接生长碳纳米管场发射阴极  54-57
  第二节沉积工艺对碳纳米管阴极场发射性能的影响  57-66
  第三节退火处理对碳纳米管阴极场发射性能的影响  66-74
  第四节等离子处理对碳纳米管阴极场发射性能的影响  74-77
  第五节本章小节  77-79
第五章全文总结与展望  79-81
  第一节论文总结  79-80
  第二节论文展望  80-81
攻读硕士期间发表的论文  81-82
参考文献  82-85
致谢  85

碳纳米管场发射阴极的制备及优化

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