本文關鍵詞：水熱法制備ZnO納米線陣列及其場發(fā)射特性的研究

  更多相關文章： 溶膠-凝膠法 水熱法 ZnO納米線陣列 光致發(fā)光 場發(fā)射特性

【摘要】：場發(fā)射顯示器件作為一種新興的平板顯示器,發(fā)展極其迅速。它結合了陰極射線管(CRT)和平板顯示器的諸多優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。作為寬禁帶氧化物半導體材料,ZnO具有良好的化學穩(wěn)定性、抗氧化性、形貌可控性,是一種很好的場發(fā)射顯示器件的陰極材料。因此,本課題采用水熱法制備本征ZnO納米線陣列,且對其結構、形貌進行表征以及研究樣品的場發(fā)射性能,并分析ZnO納米線陣列的生長機理和場發(fā)射機理。在此基礎上,為了進一步提高場發(fā)射性能,如降低其開啟電場和提高場發(fā)射增強因子,本論文對ZnO納米線陣列進行了Al、La、Cr摻雜,分析Al、La、Cr摻雜對樣品場發(fā)射性能的影響。主要結論如下：(1)采用溶膠-凝膠法和水熱法,通過改變水熱工藝參數,在通過溶膠-凝膠法鍍有ZnO種子層的襯底上制備ZnO納米線陣列。比較不同工藝參數對樣品結構和形貌的影響,通過極差分析確定因素主次,并優(yōu)化水熱工藝參數。結果表明：在水熱優(yōu)化工藝參數(Zn2+濃度：0.08mol/L, [OH-]/[Zn2+]:20,反應溫度：100℃,反應時間：4h)下,所制備ZnO納米線陣列的開啟電場為3.16V/μm,場增強因子為2889。當發(fā)射電流到達100μA時,經過30h衰減了90%。.(2)在優(yōu)化工藝參數的基礎上,對ZnO納米線陣列初步進行濃度為4.5%的Al摻雜,將摻雜樣品的場發(fā)射性能與本征樣品相比較,表明A1：4.5%摻雜ZnO納米線陣列具有較好的場發(fā)射性能。在初步探索了A1摻雜ZnO納米線陣列的場發(fā)射性能之后,引入不同濃度A1摻雜和種子層A1：5%摻雜,制備出基于ZnO種子層的不同濃度A1摻雜ZnO納米線陣列和基于Al-ZnO種子層的不同濃度Al摻雜ZnO納米線陣列,并分析場發(fā)射性能。研究表明：這兩類A1摻雜ZnO納米線陣列在Al摻雜濃度為7%時,都具有較低的開啟電場和較高的場增強因子。且基于ZnO種子層的A1摻雜ZnO納米線陣列具有較好的場發(fā)射性能,其開啟電場為1.03V/μm,場增強因子為20658。(3)以A1摻雜ZnO納米線陣列的結果分析為參考,對ZnO納米線陣列分別進行La和Cr摻雜,而種子層不進行摻雜,并研究樣品的場發(fā)射性能。結果表明,La：5%摻雜和Cr：7%的摻雜均明顯提高了ZnO納米線陣列的場發(fā)射性能,其開啟電場分別為1.83 V/μm和2.35V/μm,場增強因子分別為9208和5600。
【關鍵詞】：溶膠-凝膠法 水熱法 ZnO納米線陣列 光致發(fā)光 場發(fā)射特性
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ132.41;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 場致發(fā)射的原理11-15
• 1.2.1 金屬場致發(fā)射的機理12-13
• 1.2.2 半導體材料的場致發(fā)射機理13-15
• 1.3 ZnO半導體納米材料概述15-18
• 1.3.1 ZnO材料的結構和性質15-17
• 1.3.2 制備ZnO納米材料的方法17-18
• 1.4 ZnO納米材料場致電子發(fā)射的研究現狀與進展18-20
• 1.5 本課題的主要研究內容20-24
• 第二章 實驗方案及樣品表征手段24-34
• 2.1 ZnO種子層薄膜的實驗方案24-26
• 2.1.1 種子層的實驗方案24
• 2.1.2 溶膠-凝膠所用的化學試劑和儀器24-25
• 2.1.3 溶膠-凝膠工藝流程和反應機理25-26
• 2.2 ZnO納米線陣列的實驗方案26-28
• 2.2.1 水熱法制備ZnO納米線陣列的實驗法案26
• 2.2.2 水熱所用的化學試劑和儀器26-27
• 2.2.3 水熱工藝流程和反應機理27-28
• 2.3 樣品的表征28-30
• 2.3.1 ZnO納米線陣列的結構表征28-29
• 2.3.2 ZnO納米線陣列的形貌表征29-30
• 2.3.3 ZnO納米線陣列的成分表征30
• 2.3.4 ZnO納米線陣列的原子鍵合結構表征30
• 2.4 ZnO納米線陣列的光學性質表征30-31
• 2.5 ZnO納米線陣列的場發(fā)射性能表征31-32
• 2.6 本章小結32-34
• 第三章 ZnO納米線陣列的制備及場發(fā)射性能34-58
• 3.1 ZnO納米線陣列實驗方案34-36
• 3.1.1 溶膠-凝膠法制備種子層工藝方案34
• 3.1.2 種子層制備工藝流程34-35
• 3.1.3 ZnO納米線陣列正交實驗方案35-36
• 3.1.4 ZnO納米線陣列制備工藝流程36
• 3.2 ZnO納米線陣列的結構分析和形貌表征36-50
• 3.2.1 ZnO材料的XRD表征36-40
• 3.2.2 ZnO材料的SEM表征40-44
• 3.2.3 ZnO納米線陣列的EDS表征44-45
• 3.2.4 ZnO納米線陣列的正交實驗結果分析45-50
• 3.3 優(yōu)化工藝參數的驗證50-56
• 3.3.1 ZnO納米線陣列的結構與形貌分析50-53
• 3.3.2 ZnO納米線陣列的生長機理53
• 3.3.3 ZnO納米線陣列發(fā)光和場發(fā)射特性研究53-56
• 3.4 本章小結56-58
• 第四章 Al摻雜ZnO納米線陣列制備及場發(fā)射性能58-80
• 4.1 Al:4.5%摻雜對ZnO納米線陣列的影響58-64
• 4.1.1 Al:4.5%摻雜ZnO納米線陣列的制備58-59
• 4.1.2 Al:4.5%摻雜ZnO納米線陣列的表征59-61
• 4.1.3 Al:4.5%摻雜ZnO納米線陣列的光學與場發(fā)射分析61-63
• 4.1.4 本征與Al:4.5%摻雜ZnO納米線陣列的場發(fā)射性能比較63-64
• 4.2 基于ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的研究64-71
• 4.2.1 基于ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的制備64-65
• 4.2.2 基于ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的表征65-68
• 4.2.3 基于ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列光學性質研究68-69
• 4.2.4 基于ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列場發(fā)射性質研究69-71
• 4.3 基于Al-ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的研究71-78
• 4.3.1 基于Al-ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的制備71-72
• 4.3.2 基于Al-ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列的表征72-75
• 4.3.3 基于Al-ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列光學性質研究75-76
• 4.3.4 基于Al-ZnO種子層的Al摻雜ZnO納米線陣列場發(fā)射性質研究76-78
• 4.4 兩種不同方式的Al摻雜ZnO納米線陣列的場發(fā)射比較78
• 4.5 本章小結78-80
• 第五章 其它元素摻雜ZnO納米線陣列制備及場發(fā)射性能80-96
• 5.1 La摻雜ZnO納米線陣列的研究80-87
• 5.1.1 La摻雜ZnO納米線陣列的制備80
• 5.1.2 La摻雜ZnO納米線陣列的結構與形貌表征80-85
• 5.1.3 La摻雜ZnO納米線陣列的光學性質研究85-86
• 5.1.4 La摻雜ZnO納米線陣列的場發(fā)射性質研究86-87
• 5.2 Cr摻雜ZnO納米線陣列的研究87-94
• 5.2.1 Cr摻雜ZnO納米線陣列的制備87-88
• 5.2.2 Cr摻雜ZnO納米線陣列的結構與形貌表征88-92
• 5.2.3 Cr摻雜ZnO納米線陣列的光學性質研究92-93
• 5.2.4 Cr摻雜ZnO納米線陣列的場發(fā)射性質研究93-94
• 5.3 本章小結94-96
• 第六章 總結與展望96-100
• 6.1 本文的總結96-97
• 6.2 今后的工作展望97-100
• 參考文獻100-112
• 攻讀碩士學位期間取得的學術成果112-114
• 致謝114

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