石墨烯陣列場發(fā)射性能的研究.pdf

1、石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型晶格單原子層二維晶體。有許多獨特的性質，它是零帶隙的半金屬半導體材料，具有優(yōu)異的電導率、良好的載流子遷移率、很高的熱導率、超高的比表面積以及優(yōu)異的力學性能，這些獨特的優(yōu)勢使得石墨烯具有良好的場發(fā)射性質。
　　場致發(fā)射是冷陰極電子發(fā)射。場發(fā)射陰極具有大電流、低功耗和冷發(fā)射的特點，有著廣闊的應用前景。石墨烯具有眾多獨特的優(yōu)勢，使其成為理想的場發(fā)射陰極材料。
　　但是，目前石墨烯作為

2、場發(fā)射陰極一般都是成片隨機堆疊分布，局部場發(fā)射電子方向、電流密度隨機分布，發(fā)射穩(wěn)定性和均勻性較差，制約了其在場發(fā)射方面的應用。
　　本論文針對上述的特點，以石墨烯為研究對象，在深入分析石墨烯場發(fā)射陰極基礎上，對石墨烯陰極結構及其制備工藝作了創(chuàng)新性和探索性研究。提出了一種基于直立石墨烯環(huán)陣列的場發(fā)射陰極結構和制造工藝。主要工作內容有:
　　(1)利用COMSOL和自行設計的電子軌跡計算軟件對直立石墨烯陣列的場發(fā)射性能進行仿真。

3、研究了陰極間距和陰極周圍介質對場發(fā)射性能的影響。仿真結果表明陰極周圍介質對其場發(fā)射性能影響甚微，但是陰極間距的影響比較顯著。綜合考慮陰極電壓的調制作用和制作工藝的局限，陰極間距取5-10μm較為合適。
　　(2)設計了凸起和凹洞兩種Ti-Cu-Ti的基底結構，采用磁控濺射鍍膜、光刻及蝕刻等工藝制備了兩種基底，對制備過程中的工藝參數進行了優(yōu)化，得到了能夠在凸起和凹洞側壁生長石墨烯的基底。
　　(3)采用乙炔作為碳源，采用LPC