ZnO納米線的制備及其場發(fā)射性能的研究.pdf

1、一維納米材料具有許多獨特的性能，成為制備場發(fā)射冷陰極的熱門材料，從而獲得了國內(nèi)外大量研究人員的重視和關(guān)注。
　　水熱法制備ZnO納米線的場發(fā)射特性研究是目前真空微納電子領(lǐng)域的一個熱點課題。主要原因之一是采用水熱法可以在玻璃和金屬等不同基底上實現(xiàn)大面積納米線的低溫制備（<100℃），非常有利于真空微納電子結(jié)構(gòu)和場發(fā)射電子器件的研制。
　　氧化鋅(ZnO)是一種 II-VI族直接、寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，因其具有優(yōu)越的長徑比，良

2、好的光電性質(zhì)等具有優(yōu)越的物理性質(zhì)，十分適合在場發(fā)射器件中應(yīng)用。因此，對氧化鋅納米線的場發(fā)射性能的研究是十分有必要的，并且具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。本文利用射頻磁控濺射和水熱法制備一維的氧化鋅納米線，并對其場發(fā)射特性進(jìn)行研究。工作及研究成果主要包含以下幾個方面：
　　1.分析了一維ZnO納米陣列提高場發(fā)射特性的機(jī)理，并通過對比，討論了ZnO納米線相較于其他場發(fā)射材料的優(yōu)劣勢。
　　2.介紹了一維ZnO納米線狀陣列的制備方法

3、，選擇水熱法制備ZnO納米線狀陣列結(jié)構(gòu)，采用等摩爾的氧化鋅粉末和六次甲基四胺作為水熱反應(yīng)溶液的溶質(zhì)。
　　3.本文是在沉積氧化鋅薄膜的硅襯底上用水熱法合成各種形貌的氧化鋅（ZnO）納米線。ZnO薄膜是作為籽晶層使用的，并且是使用射頻磁控濺射技術(shù)制備的。實驗結(jié)果表明，ZnO納米線的合成依賴于結(jié)晶性的ZnO種子層薄膜。磁控濺射的氣體濃度、濺射功率、襯底溫度、氣體流量是制備ZnO種子層薄膜的關(guān)鍵，也是在這項研究中的控制參數(shù)。EDS能譜和

4、X-射線衍射譜分析表明，薄膜具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)并沿c軸(002)方向擇優(yōu)生長，并且ZnO納米線陣列的基板上的垂直取向被認(rèn)為是ZnO種子層的外延生長的結(jié)果。
　　4.在水熱生長時，反應(yīng)雜質(zhì)摻雜和水熱生長時間是影響ZnO納米線陣列形貌的重要因素。用80ml超純水作為水熱溶液的溶劑，反應(yīng)溶液濃度為0.05mol/L的六次甲基四胺，摻雜15mg的ZnO粉末，分別水熱1小時，2小時，3小時，4小時，5小時，所生長出的氧化鋅納米線結(jié)構(gòu)會有一定的長

5、徑比和密度差別，這就造成了場發(fā)射特性的差異。長徑比過大或過小都會造成場發(fā)射性能的損耗。改變摻雜的雜質(zhì)，當(dāng)溶質(zhì)為醋酸鋅，六次甲基四胺及氨水，水熱反應(yīng)溶液濃度為0.05mol/L，水熱3小時時，生長的是有尖椎的ZnO納米棒，此種納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要強(qiáng)于線狀結(jié)構(gòu)，但發(fā)射效能有一定差距。
　　5.以制備的ZnO納米線作為陰極，用清洗后的硅片作為陽極，制成一個類似二極管結(jié)構(gòu)的場發(fā)射器件，并測試其場發(fā)射特性。通過測得的數(shù)據(jù)繪制了場發(fā)射的J-E和F