碳-硅納米孔柱陣列的光致發(fā)光與場(chǎng)發(fā)射性能研究.pdf

1、硅納米孔柱陣列(Si-NPA)是一種具有強(qiáng)紅光發(fā)射和弱藍(lán)光發(fā)射的多孔硅，且其規(guī)則的陣列非常適合作場(chǎng)致發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。本課題中，通過(guò)水熱腐蝕法制備了新鮮的Si-NPA，且對(duì)其進(jìn)行了不同的處理，在室溫下于腐蝕溶液中浸泡不同時(shí)間、在不同溫度下退火、在1100℃碳化，之后對(duì)處理過(guò)的Si-NPA進(jìn)行了微觀形貌表征及發(fā)光性能測(cè)試；在此基礎(chǔ)上，在不同的溫度下以二甲苯和乙醇為碳源對(duì)Si-NPA進(jìn)行了碳膜沉積，并測(cè)試了其場(chǎng)發(fā)射性能，且對(duì)C/Si-NPA的場(chǎng)

2、發(fā)射性能作了優(yōu)化處理。取得了以下主要結(jié)果：
　　1、采用水熱腐蝕法制備Si-NPA，在其經(jīng)過(guò)高溫腐蝕后繼續(xù)在腐蝕溶液中浸泡不同時(shí)間。通過(guò)SEM表征，發(fā)現(xiàn)Si-NPA硅柱隨浸泡時(shí)間增加而減小、硅柱面密度增大；而EDS能譜及XRD衍射譜表明，Si-NPA表面氧化硅的含量隨著浸泡時(shí)間的增加而減小，伴隨著Si-NPA藍(lán)光區(qū)發(fā)光峰強(qiáng)度的逐漸減弱甚至消失，從而證實(shí)了此發(fā)光峰是來(lái)源于Si-NPA中的氧缺陷發(fā)光；同時(shí)，通過(guò)改變浸泡時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)S

3、i-NPA紅光區(qū)發(fā)光峰的峰位調(diào)節(jié)。
　　2、對(duì)Si-NPA在不同溫度下(300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃)退火10 min。發(fā)現(xiàn)Si-NPA的微觀形貌在退火之后沒(méi)有變化，而Si-NPA的紅光區(qū)發(fā)光峰相對(duì)強(qiáng)度逐漸減弱甚至消失，同時(shí)藍(lán)光區(qū)發(fā)光峰相對(duì)強(qiáng)度逐漸增加。認(rèn)為這是Si-NPA在高溫下退火，其表面的氧化硅層增厚、氧缺陷增加，從而導(dǎo)致紅光峰的消失及藍(lán)光峰的顯現(xiàn)。
　　3、在1100℃對(duì)Si-NPA進(jìn)行不同時(shí)間

4、(2、4、6、8、10、12、14、16 min)碳化處理。當(dāng)碳化時(shí)間為6 min時(shí)，發(fā)現(xiàn)Si-NPA的微觀形貌沒(méi)有發(fā)生改變。隨著碳化時(shí)間的增加，Si-NPA表面將逐漸形成一層無(wú)定型碳膜。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)高溫碳化后，Si-NPA的紅光區(qū)發(fā)光峰消失，藍(lán)光區(qū)發(fā)光峰顯現(xiàn)出來(lái)，且在350 nm附近出現(xiàn)一個(gè)新的發(fā)光峰。
　　4、以二甲苯為碳源在不同溫度對(duì)Si-NPA進(jìn)行40 min的碳膜沉積，同時(shí)以乙醇為碳源對(duì)Si-NPA進(jìn)行15 min的碳

5、膜沉積。發(fā)現(xiàn)碳膜厚度隨著沉積溫度的升高先逐漸增加后減小，同時(shí)碳膜與Si-NPA的SiC界面層厚度逐漸增加。在C/Si-NPA的場(chǎng)致發(fā)射性能中，隨著溫度的升高其開啟場(chǎng)強(qiáng)先減小后增加，即在沉積時(shí)間一定(二甲苯：40 min，乙醇：15 min)時(shí)，存在一個(gè)最佳沉積溫度(二甲苯：1000℃，乙醇：950℃)。因此，我們認(rèn)為其開啟場(chǎng)強(qiáng)與C/Si-NPA碳膜厚度及SiC界面層厚度相關(guān)。
　　5、在最佳沉積溫度通過(guò)改變沉積時(shí)間來(lái)優(yōu)化C/Si-

6、NPA的場(chǎng)致發(fā)射性能。明顯的，隨著沉積時(shí)間的增加，碳膜的厚度將增加，然而我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)SiC的Raman特征峰相對(duì)強(qiáng)度也增加。對(duì)C/Si-NPA進(jìn)行場(chǎng)致發(fā)射性能測(cè)試，其開啟場(chǎng)強(qiáng)并不隨沉積時(shí)間的增加而減小。我們推測(cè)存在著一個(gè)SiC界面層的最佳厚度，界面層厚度超過(guò)這一值時(shí)C/Si-NPA的開啟場(chǎng)強(qiáng)將升高。
　　6、在較低溫度(900℃)對(duì)Si-NPA進(jìn)行碳膜沉積，以此來(lái)延長(zhǎng)SiC界面層達(dá)到最佳厚度的時(shí)間。發(fā)現(xiàn)在此優(yōu)化方案中，C/Si-N