【摘要】：碳納米管(CNT)薄膜作為一種優(yōu)異的冷陰極發(fā)射材料,在真空微電子器件中有重要應用。但在強流脈沖發(fā)射模式的強電場、中等高真空環(huán)境下,CNT薄膜容易因工作過程中的火花或電弧放電產(chǎn)生損壞,并且,在裝配過程中容易受到外力剮蹭而脫落,這些不可逆損傷必將對冷陰極性能造成不可恢復的衰減。本文針對銅基底上生長的CNT薄膜界面性能、損傷機制及其改進措施進行了分析,并通過制備CNT/Ag塊體復合材料獲得了性能更好的冷陰極材料。本文研究了第三相金屬對于CNT/銅界面性能改進的效果。采用粉末冶金法在銅粉中摻雜一定量的鉻粉,制成塊體Cr/Cu復合金屬基底,并在其上生長了CNT薄膜。采用場發(fā)射測試以及超聲剝落試驗,定性對比了純銅和Cr/Cu復合金屬基底上CNT的界面性能及其場發(fā)射關聯(lián)特性。結(jié)果表明:銅鉻基底CNT薄膜在場發(fā)射測試中表現(xiàn)出更強的電流發(fā)射能力和抗電流損傷能力,界面附著性能與場發(fā)射特性之間存在正相關的關系。說明Cr有效改善了銅基底與CNT薄膜之間的界面性能,使其界面結(jié)合能力和電流發(fā)射能力都得到顯著增強。此外,超聲試驗結(jié)果也說明Cr/Cu復合基底上的CNT薄膜具有更好的抗機械損傷性能。本文提出的超聲剝落實驗方法,是將CNT薄膜置于無水乙醇中進行一定時間的超聲剝落實驗,并根據(jù)基底表面殘留情況給出附著性能的定性表征結(jié)果。該方法有望通過結(jié)合計算機圖形分析發(fā)展成為半定量表征手段,拓展了弱附著薄膜附著性能表征手段。為了進一步提高碳納米管冷陰極的抗機械損傷能力,本文制備了塊體Ag/CNT復合冷陰極,并研究了其在近似于強流脈沖發(fā)射條件的真空環(huán)境下的電子發(fā)射特性。結(jié)果表明,CNT含量的增加有利于場發(fā)射性能的提高,塊體復合冷陰極多次發(fā)射電流密度-場強(J-E)曲線重復特性顯著優(yōu)于薄膜陰極,且發(fā)射過程中發(fā)生的打火損傷不易造成發(fā)射性能的顯著下降,甚至可能通過激活體內(nèi)大量CNT作為新的有效發(fā)射點而使發(fā)射性能得到提升,因而具有自我修復的能力。用直徑為20-30 nm的CNT,按照Ag與CNT的質(zhì)量比為30:1制得的樣品,首次場發(fā)射測試在場強為1.9 V/μm時,得到得最大發(fā)射電流密度為4.6 mA/cm~2,優(yōu)于其它類型的碳納米管。經(jīng)過多次測量后,場發(fā)射性能趨于穩(wěn)定。本文研究結(jié)果對于高功率微波器件、粒子加速器等真空電子器件方面有良好的應用前景。
【圖文】：

使碳納米管薄膜可以成為優(yōu)異的冷陰日本的 Ise 公司展示了壽命高達 5000 h 的以元[19]。1999 年，德國將碳納米管薄膜場致發(fā)會議。隨后，韓國、美國等也加入了碳納米管管薄膜作為冷陰極的歷史發(fā)展。管薄膜的場發(fā)射射機制的小尖端、大長徑比、良好的熱穩(wěn)定性和導電發(fā)射材料，在真空微電子器件方面有著很廣闊電場增強和缺陷發(fā)電。電場增強是由石墨片旋轉(zhuǎn)卷曲而形成的，頂端是有碳原.1 所示：

2 實驗準備及實驗2 實驗準備及實驗2.1 超高真空場發(fā)射系統(tǒng)場致發(fā)射屬于冷場發(fā)射，需要滿足高真空、高電壓、陰極的表面逸出功小這三個條件才可以。陰極材料內(nèi)的自由電子從材料表面逸出到真空中需要做一定的功稱為逸出功。自由電子在固體內(nèi)的能量很小，受表面勢壘的約束，只能在固體內(nèi)部運動，不能自由的逸出表面。通過在固體外面施加一個強電場，表面勢壘的高度和寬度會隨著這場強的增大而減小，從而使內(nèi)部電子穿透勢壘的概率顯著提高，，從而實現(xiàn)逸出固體表面。逸出表面的電子運動無規(guī)則，它的電子自由程較小，而真空度能增加電子的自由程，使逸出的電子能按照一定的方向運動，形成定向運動的電子束。超高真空系統(tǒng)的組建就可以滿足場致發(fā)射的高真空、高電壓的條件，而碳納米管本身的表面逸出功就小。系統(tǒng)的示意圖如圖 2.1 所示
【學位授予單位】：鄭州航空工業(yè)管理學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2657083