大面積氧化鎢冷陰極納米材料的制備與性能研究.pdf

1、場(chǎng)發(fā)射電子源在平板顯示器、微波放大器、X射線管以及真空微電子設(shè)備等方面有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，人們研究發(fā)現(xiàn)金屬氧化物納米線有望作為冷陰極材料而應(yīng)用在場(chǎng)發(fā)射領(lǐng)域。其中，過(guò)渡族的金屬氧化物如氧化鎢和氧化鉬的場(chǎng)發(fā)射特性尤其引人注目，它們?cè)陂_啟電場(chǎng)、閾值電場(chǎng)、電流穩(wěn)定性以及分布均勻性等方面都表現(xiàn)出了良好的性能。本博士論文先綜述了場(chǎng)致電子發(fā)射的基本理論和研究方法，然后重點(diǎn)介紹大面積熱蒸發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)建、多種氧化鎢納米材料的制備、氧化鎢冷陰極納米材料的

2、場(chǎng)致電子發(fā)射特性以及場(chǎng)發(fā)射后處理技術(shù)等方面的研究結(jié)果。本論文的主要研究成果可概述如下:
　　 1.開發(fā)了一種新型的大面積熱蒸發(fā)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以制備出多類金屬氧化物的納米材料，包括氧化鎢冷陰極納米材料。
　　 2.通過(guò)熱蒸發(fā)沉積技術(shù)制備了氧化鎢的僅包含納米線的薄膜、包含納米線和三維納米線網(wǎng)絡(luò)的混合薄膜以及僅包含三維納米線網(wǎng)絡(luò)的薄膜。詳細(xì)地研究這些薄膜的生長(zhǎng)條件，探索如何控制薄膜中三維納米線網(wǎng)絡(luò)所占的比例。研究表明，為控

3、制三維納米線網(wǎng)絡(luò)的生成，在熱蒸發(fā)沉積過(guò)程中必須給襯底提供足夠的溫度，三維納米線網(wǎng)絡(luò)的生成概率可以通過(guò)控制襯底溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)這些薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明隨著混合程度的改變，薄膜的場(chǎng)發(fā)射特性也按一定規(guī)律發(fā)生變化。
　　 3.通過(guò)多步熱蒸發(fā)處理技術(shù)在硅片襯底上生長(zhǎng)了大面積的氧化鎢鉛筆狀納米結(jié)構(gòu)陣列。調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度可以改變鉛筆狀納米結(jié)構(gòu)的納米尖端之間的距離。該類陣列具備非常好的場(chǎng)發(fā)射性能，開啟電場(chǎng)為1.26 MV/m，閾值

4、電場(chǎng)為3.39MV/m。氧化鎢鉛筆狀納米結(jié)構(gòu)陣列具有高的場(chǎng)發(fā)射增強(qiáng)因子和低的場(chǎng)發(fā)射的屏蔽效應(yīng)，因此它具備較低的開啟電場(chǎng)和閾值電場(chǎng)。這種納米結(jié)構(gòu)非常適合于應(yīng)用在冷陰極電子源中。
　　 4.提出了一個(gè)用于評(píng)價(jià)場(chǎng)致電子發(fā)射均勻性的新指標(biāo):有效發(fā)射面積百分比。該指標(biāo)非常適合于評(píng)價(jià)那些分辨率偏低，場(chǎng)發(fā)射址數(shù)目難于準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)的場(chǎng)發(fā)射像照片。利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)場(chǎng)發(fā)射像照片中的電子亮斑進(jìn)行除噪、分割和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而快速地計(jì)算出發(fā)射址數(shù)目與有