發(fā)布時間：2022-09-17 18:08

　　SiC一維納米材料因其較好的場發(fā)射性能,穩(wěn)定的化學特性以及優(yōu)異的電子親和性,故可作為極端環(huán)境的場發(fā)射陰極材料。經(jīng)元素摻雜后,可進一步增強其場發(fā)射性能,降低開啟與閾值電場。本文系統(tǒng)研究了N摻雜SiC一維納米材料,Ce摻雜以及Ce/N共摻雜SiC納米線的摻雜工藝,并在大量SEM、TEM、XRD、XPS以及場發(fā)射性能測試的基礎上,優(yōu)選了摻雜工藝參數(shù)。利用材料分析軟件（material studio）中的Cast ep模塊對經(jīng)元素摻雜后SiC的能帶結構進行計算,通過計算結果分析,解釋了經(jīng)N、Ce以及N/Ce共摻雜后場發(fā)射性能增強的原因,并提出了新的場發(fā)射機理模型。主要結果如下：系統(tǒng)研究了不同滲氮溫度與不同滲氮時間對SiC納米線中氮摻雜量的影響,并根據(jù)場發(fā)射性能測試優(yōu)選了摻雜工藝：當滲氮溫度為800℃,滲氮時間為180min時有最優(yōu)的場發(fā)射性能,此時開啟電場為0.8 V/μm,閾值電場為4 V/μm。對不同氮摻雜量以及不同氮取代位置的SiC晶體進行第一性原理模擬,結合場發(fā)射性能測試以及產(chǎn)物的XPS分析結果,確定了氮原子在SiC晶格中的替代位置。在N摻雜SiC納米線最優(yōu)摻雜工藝的基礎上,制備了具有... 

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 一維納米材料研究概述
        1.2.1 一維納米材料的特性和應用
        1.2.2 寬帶隙半導體材料簡介
    1.3 本征半導體SiC
        1.3.1 SiC的晶體結構
        1.3.2 SiC的能帶結構
        1.3.3 SiC的物理和化學性質(zhì)
        1.3.4 SiC材料的性能
    1.4 SiC的摻雜
        1.4.1 SiC的摻雜方法
        1.4.2 SiC的n型和p型摻雜
        1.4.3 稀土摻雜SiC的研究簡介
    1.5 場發(fā)射的基本原理及SiC一維納米材料的場發(fā)射研究
        1.5.1 場發(fā)射的基本原理
        1.5.2 場發(fā)射理論及研究意義
        1.5.3 SiC一維納米材料場發(fā)射研究概況
    1.6 密度泛函理論及material studio軟件介紹
        1.6.1 密度泛函理論簡介
        1.6.2 Hohenberg-Kohn理論
        1.6.3 Kohn-Sham方程
    1.7 本文選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
        1.7.1 本文的選題依據(jù)
        1.7.2 本文的研究內(nèi)容
        1.7.3 本文的主要創(chuàng)新點
2 N、Ce及N/Ce共摻雜sic一維納米材料的制備及表征方法
    2.1 實驗所用儀器與原材料
    2.2 實驗所用材料及預處理
        2.2.1 碳源的預處理
        2.2.2 硅源的預處理
        2.2.3 稀土源
        2.2.4 催化劑的制備
        2.2.5 基片的預處理
        2.2.6 氮源和保護氣體
    2.3 實驗方法
        2.3.1 實驗裝置
        2.3.2 N摻雜SiC納米線的制備工藝
        2.3.3 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的制備工藝
        2.3.4 Ce摻雜SiC納米線的制備工藝
        2.3.5 Ce與N共摻雜SiC納米線的制備工藝
    2.4 SiC一維納米材料的場發(fā)射性能研究
        2.4.1 場發(fā)射性能測試裝置
        2.4.2 超高真空系統(tǒng)
        2.4.3 場發(fā)射性能評價參數(shù)
    2.5 SiC一維納米材料的主要表征方法
        2.5.1 掃描電鏡(SEM)及能譜(EDS)分析
        2.5.2 透射電鏡(TEM)與選區(qū)電子衍射分析(SAED)
        2.5.3 X射線衍射分析(XRD)
        2.5.4 X射線光電子能譜分析(XPS)
3 N摻雜SiC一維納米材料
    3.1 摻氮溫度對N摻雜SiC納米線的影響
        3.1.1 摻氮工藝參數(shù)
        3.1.2 產(chǎn)物微觀形貌與結構分析
        3.1.3 產(chǎn)物的元素分析
        3.1.4 氨氣氣氛下N摻雜SiC納米線的摻N機理研究
        3.1.5 產(chǎn)物的場發(fā)射性能測試
    3.2 摻氮時間對N摻雜SiC納米線的影響
        3.2.1 摻氮工藝參數(shù)
        3.2.2 不同滲N時間SiC一維納米材料的場發(fā)射測試
        3.2.3 優(yōu)選產(chǎn)物的微觀形貌
    3.3 N摻雜SiC的DFT計算及分析
    3.4 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的場發(fā)射性能研究
        3.4.1 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的制備
        3.4.2 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的微觀形貌分析
        3.4.3 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的結構分析
        3.4.4 N摻雜SiO_2包覆SiC同軸納米電纜的XPS分析
    3.5 場發(fā)射的三段模型機理
    3.6 本章小結
4 Ce摻雜SiC納米線的場發(fā)射性能研究以及第一性原理分析
    4.1 Ce摻雜SiC納米材料的工藝參數(shù)
    4.2 不同Ce摻雜量SiC納米線場發(fā)射性能的研究
    4.3 產(chǎn)物的微觀形貌分析
    4.4 Ce摻雜SiC納米線的結構分析
    4.5 Ce摻雜SiC納米線的摻雜機理分析
    4.6 Ce摻雜SiC納米線的第一性原理分析
    4.7 Ce摻雜改善SiC納米線的場發(fā)射機理分析
    4.8 本章小結
5 Ce、N共摻雜對SiC納米線場發(fā)射性能的影響
    5.1 摻氮溫度不同對Ce、N共摻雜SiC納米線場發(fā)射性能的影響
        5.1.1 摻N工藝參數(shù)
        5.1.2 產(chǎn)物的場發(fā)射性能
        5.1.3 產(chǎn)物的微觀形貌
        5.1.4 產(chǎn)物的能譜分析
        5.1.5 產(chǎn)物的結構分析
        5.1.6 Ce與N共摻雜SiC的摻雜機理分析
    5.2 摻氮時間不同對Ce、N共摻雜SiC納米線場發(fā)射性能的影響
        5.2.1 摻氮工藝參數(shù)
        5.2.2 Ce、N共摻雜SiC一維納米材料的場發(fā)射測試
        5.2.3 Ce、N共摻雜SiC納米線的形貌與結構分析
        5.2.4 Ce、N共摻雜SiC納米線的場發(fā)射性能增強機理
    5.3 本章小結
6 結論與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
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【參考文獻】：
期刊論文
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[9]拉曼光譜方法研究SiC晶體的晶型[J]. 馮敏,王玉芳,郝建民,藍國祥.  光散射學報. 2003(03)
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碩士論文
[1]低維材料的第一性原理研究[D]. 周曉強.蘭州大學 2011



本文編號：3679704