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ZnO场发射性能研究

熊华波  
【摘要】:低维结构材料由于和相应的体材相比,具有许多独特的性能和诱人的应用前景,引起了各国研究人员的极大兴趣和关注。利用了低维结构材料来制备场发射冷阴极是其中的一个热点内容,这是利用了其高比表面积、大长径比等性质。  氧化锌(ZnO)作为一种宽带隙材料,因其良好的物理化学性能,很适合于作为场发射材料。因此对其场发射特性开展研究是很有必要的,也将具有重要的现实意义。本论文从理论和实验两方面对ZnO 的场发射性能进行了研究,主要的工作如下:  本文从场发射电流的基本理论模型入手,分别建立了ZnO薄膜和纳米线的发射电流模型,并对其场发射行为进行了模拟,其中对遂穿系数的计算采用了转移矩阵法。对ZnO薄膜的理论研究发现,载流子浓度高的会具有更好的发射性能。对ZnO纳米线阵列的模拟发现,相同的长度时,纳米线直径越小,场增强因子越大,所需的开启电场越低;而发射体的密度应该取一适当的值,保证尽量减小电场屏蔽效应,又不使发射体数目过少而降低总的发射电流。  本研究采用水热法、CVD法在Si衬底上制ZnO微管、纳米线阵列,对所得样品进行微观分析和表征。以此样品作为场发射阴极材料,进行场发射性能测试。研究其场增强因子,发射稳定性,以及真空度对发射的影响。测试结果表明ZnO微管及纳米线阵列均具有很好的场发射性能,微管阈值电场为15-19 V/μm,纳米线阵列的阈值电场为6.5-8 V/μm,且稳定较好。讨论了热处理和真空度对ZnO场发射性能的影响。 


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