本文關鍵詞：Ag離子注入自支撐金剛石膜微結構及場發(fā)射性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：離子注入摻雜是一種改善金剛石膜導電性能的有效手段,經過摻雜后的金剛石膜有望提高場發(fā)射顯示器冷陰極材料的綜合性能。因此,本文采用離子注入的方法在拋光后的自支撐金剛石(FSD_P)膜和本征FSD膜中摻入80 ke V、5×1016 ions/cm2的Ag離子,并在不同的氣氛和溫度下進行退火處理,以期改進金剛石膜的場發(fā)射性能。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掠入射X射線衍射儀、激光Raman光譜儀和X射線光電子能譜儀對樣品進行微結構表征,采用霍爾效應、高真空場發(fā)射測試研究了樣品的電學性能和場發(fā)射特性。系統(tǒng)研究了Ag離子注入、不同退火氣氛和不同退火溫度對FSD膜的微結構和場發(fā)射性能的影響。主要研究內容及結果如下:(1)對Ag離子注入的FSD_P膜在Ar氣氛500℃下進行退火處理,系統(tǒng)研究了Ag離子注入及退火對FSD_P膜微結構和場發(fā)射性能的影響。結果表明:Ag離子注入能在FSD_P膜近表面引入Ag納米顆粒(NPs),并催化石墨相的產生,為電子的傳輸提供導電通道,明顯改善了FSD_P膜的載流子遷移率(16.24 cm2V-1s-1)和開啟電場(E0=18 V/μm)。500℃退火不僅使離子注入造成的損傷得以恢復,而且促進Ag NPs顆粒均勻長大,使FSD_P膜在25.79 V/μm的電場下取得101.15μA/cm2的電流密度。(2)對Ag離子注入的FSD膜分別在Ar、N2、H2、O2四種氣氛下進行500℃的退火處理,系統(tǒng)研究了退火氣氛對FSD膜微結構和場發(fā)射性能的影響。結果表明:離子注入導致FSD膜中部分sp3碳鍵的斷裂,形成sp2碳鍵和其它懸掛鍵。注入后的FSD膜在Ar氣氛中退火后被刻蝕、石墨相消失,Ag NPs長大并部分蒸發(fā),其導電性沒有明顯改變。而經N2和H2氣氛中退火后,FSD膜近表面Ag NPs得以均勻分散,并促使無定型碳轉變?yōu)槭唷Ｓ绕涫荖2中生成了納米石墨相,顯著降低了FSD膜的開啟電場(E0=4.08 V/μm),并在7.28 V/μm電場下得到了高達78.34μA/cm2的電流密度。然而,O2氣氛中退火,Ag NPs團聚長大,并有Ag O出現(xiàn)。FSD膜中sp2碳鍵優(yōu)先蒸發(fā)分解,氧化作用顯著,不利于FSD膜場發(fā)射性能的改善。(3)對Ag離子注入的FSD膜分別在Ar、N2、H2、O2四種氣氛下進行300℃~700℃的退火處理,采用Raman光譜系統(tǒng)分析了Ag離子注入FSD膜的相成分在不同氣氛中的熱演變規(guī)律。結果表明:Ar和O2氣氛退火不利于FSD膜中石墨相的維持,分別在500℃和400℃及以上溫度,石墨相消失,留下極少量的無定形碳。N2和H2氣氛下退火,均隨退火溫度的升高發(fā)生無定型碳向穩(wěn)定石墨相的轉變,并分別在500℃和600℃下生成納米石墨相。不同的是H2氣氛退火在較高溫度下仍能保持FSD膜中納米石墨相的穩(wěn)定,而N2氣氛退火在較高溫度下納米石墨相有向sp3碳轉變的趨勢。因此,通過調控退火氣氛和溫度將對FSD膜微結構和場發(fā)射性能的改善有重要意義。
【關鍵詞】：離子注入 場發(fā)射性能 自支撐金剛石膜 退火氣氛 退火溫度
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-26
• 引言12-13
• 1.1 場發(fā)射13-16
• 1.1.1 場發(fā)射理論13-14
• 1.1.2 場發(fā)射性能參數(shù)14-15
• 1.1.3 場發(fā)射材料15-16
• 1.2．金剛石材料16-21
• 1.2.1 金剛石的晶體結構16-17
• 1.2.2 金剛石的性質17-19
• 1.2.3 金剛石膜制備方法19-21
• 1.3 金剛石膜的摻雜研究21-23
• 1.3.1 化學氣相沉積（CVD）摻雜21-22
• 1.3.2 離子注入摻雜22-23
• 1.4 問題的提出及本文的主要研究內容23-26
• 第二章 實驗方法與原理26-32
• 2.1 自支撐金剛石樣品的制備26-27
• 2.1.1 襯底預處理26
• 2.1.2 金剛石膜的制備26-27
• 2.1.3 酸洗和拋光處理27
• 2.2 Ag離子注入及退火方案27-28
• 2.3 測試方法及原理28-32
• 2.3.1 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）28
• 2.3.2 原子力顯微鏡（AFM）28
• 2.3.3 拉曼光譜（Raman）28-29
• 2.3.4 掠入射X射線衍射（GXRD）29
• 2.3.5 X射線光電子能譜（XPS）29
• 2.3.6 Hall效應（Hall）29-30
• 2.3.7 場發(fā)射性能測試（EFE）30-32
• 第三章 Ag離子注入及退火對FSDP膜微結構和場發(fā)射性能的影響32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 結構、成分及形貌表征32-39
• 3.2.1 SEM圖譜分析32-35
• 3.2.2 AFM圖譜分析35-37
• 3.2.3 GXRD圖譜分析37-38
• 3.2.4 Raman光譜分析38-39
• 3.3 電學性能表征39-42
• 3.3.1 Hall效應分析39-40
• 3.3.2 場發(fā)射性能分析40-42
• 3.4 本章小結42-44
• 第四章 不同氣氛下退火對Ag離子注入FSD膜微結構和場發(fā)射性能的影響44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 場發(fā)射性能分析44-46
• 4.3 結構、成分及形貌表征46-59
• 4.3.1 SEM圖譜分析46-50
• 4.3.2 AFM圖譜分析50-53
• 4.3.3 GXRD圖譜分析53-55
• 4.3.4 Raman光譜分析55-56
• 4.3.5 XPS能譜分析56-59
• 4.4 本章小結59-60
• 第五章 退火溫度和氣氛對Ag離子注入FSD膜相成分的影響60-66
• 5.1 引言60
• 5.2 Raman光譜分析60-65
• 5.2.1 Ar氣氛中退火溫度對Ag離子注入FSD膜中相成分的影響60-61
• 5.2.2 N_2氣氛中退火溫度對Ag離子注入FSD膜中相成分的影響61-62
• 5.2.3 H_2氣氛中退火溫度對Ag離子注入FSD膜中相成分的影響62-64
• 5.2.4 O_2氣氛中退火溫度對Ag離子注入FSD膜中相成分的影響64-65
• 5.3 本章小結65-66
• 第六章 結論66-68
• 參考文獻68-78
• 碩士期間發(fā)表的論文78-80
• 致謝80

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1 閆鵬勛;李曉春;徐建偉;李鑫;李春;劉洋;;非晶金剛石納米棒陣列制備及其場發(fā)射性能[J];中國科學E輯:工程科學 材料科學;2005年11期

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3 秦玉香;胡明;;鈦碳化物改性碳納米管的場發(fā)射性能[J];物理學報;2008年06期

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本文編號：328816