本文關(guān)鍵詞：Cu離子注入微米金剛石膜的場發(fā)射性能研究

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【摘要】：離子注入是一種有效改善金剛石膜導(dǎo)電性能的表面改性技術(shù),金剛石膜場發(fā)射性能的研究是制備場發(fā)射顯示器冷陰極材料的基礎(chǔ)。本實驗采用離子注入技術(shù)和不同退火處理工藝,將100 keV、1×1017 ions/cm2劑量的Cu離子注入到由微波等離子化學(xué)氣相沉積(MPCVD)方法自制的微米金剛石膜(MCD)中,并在不同的溫度下進(jìn)行退火,探索最佳處理工藝增強(qiáng)金剛石膜的場發(fā)射性能。在MCD膜表層合成Cu納米顆粒(NPs)和納米石墨相,改善MCD的電學(xué)性能。原因是Cu NPs或納米石墨相可以作為“導(dǎo)電島”,即傳輸電子的載體和通道,通過電子躍遷或隧穿(即隧道效應(yīng))實現(xiàn)“導(dǎo)電島”之間的電子傳導(dǎo)。在本實驗中,利用多種測試手段對樣品的微觀結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行表征,即FESEM、AFM、GXRD、Raman、XPS用來表征樣品的微觀結(jié)構(gòu)以及用Hall、高真空EFE測試裝置來準(zhǔn)確表征樣品的電學(xué)性能。系統(tǒng)研究了影響MCD膜微結(jié)構(gòu)及場發(fā)射性能的重要因素:1)一定能量和劑量的Cu離子注入;2)退火處理方式及退火溫度的不同。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)將Cu離子注入態(tài)樣品放置在N_2氣氛中分別進(jìn)行500℃,700℃,900℃的普通退火處理(CTA),保溫1 h,系統(tǒng)研究了Cu離子注入及一定條件下的普通退火對MCD膜的微觀結(jié)構(gòu)和場發(fā)射性能影響。研究發(fā)現(xiàn)離子注入致使金剛石膜表層受到一定程度的破壞,造成部分sp3碳鍵斷裂,從而形成sp2碳鍵和其它懸掛鍵。經(jīng)過N_2氣氛500℃退火,MCD膜的開啟電場有所降低(E0=14.684 V/μm),在24.546 V/μm的電場下取得18.642μA/cm2的電流密度。這是因為金剛石膜微結(jié)構(gòu)缺陷損傷有所修復(fù),同時注入的Cu離子能在晶界處形成Cu NPs,并且在其表層催化產(chǎn)生石墨相,為電子的遷移提供傳輸通道。(2)對Cu離子注入的樣品在N_2氣氛中進(jìn)行500℃,600℃,700℃,800℃快速退火處理(RTA),保溫1 h,系統(tǒng)研究了Cu離子注入及一定條件下快速退火對MCD膜微觀結(jié)構(gòu)和場發(fā)射性能的影響。結(jié)果顯示經(jīng)快速退火處理的樣品整體性能更佳。700℃退火后,樣品表層的Cu NPs均勻長大并趨向晶界處聚集,非晶碳及無序化石墨轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚧?即納米石墨相的形成。由此樣品的場發(fā)射性能顯著增強(qiáng),即開啟場強(qiáng)(E0=1.587 V/μm)明顯降低,并在3.342 V/μm電場下得到高達(dá)27.571μA/cm2的電流密度。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ163;TB383.2

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