碳納米管陣列制備及場(chǎng)致發(fā)射特性研究.pdf

1、 分類號(hào) 密級(jí) UDC 1 注 學(xué) 位 論 文 碳納米管陣列制備及場(chǎng)致發(fā)射特性研究 （題名和副題名） 張強(qiáng) （作者姓名） 指導(dǎo)教師姓名 陳澤祥 副教授 電子科技大學(xué) 成 都

2、 （職務(wù)、職稱、學(xué)位、單位名稱及地址） 申請(qǐng)專業(yè)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 光學(xué)工程 論文提交日期 2008.4 論文答辯日期 2008.5 學(xué)位授予單位和日期 電子科技大學(xué) 答辯委員會(huì)主席

3、 評(píng)閱人 2008 年 月 日 注 1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類法 UDC》的類號(hào)。 摘 要 I 摘 要 碳納米管的發(fā)現(xiàn)，引起了全世界眾多科學(xué)家的廣泛關(guān)注，其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)性能，在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。尤其是它具有大的長(zhǎng)徑比，低的功函數(shù)，良好的導(dǎo)電性和納米級(jí)的曲率半徑，使它能夠在相對(duì)較低的電壓下就能發(fā)射電子，因此被認(rèn)為是一

4、種優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射陰極。已經(jīng)在掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等高分辨率電子束器件、場(chǎng)致發(fā)射平面顯示器、微波器件等電真空器件中進(jìn)行了原理性甚至實(shí)用性驗(yàn)證。 本文首先對(duì)微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MWPCVD）法制備碳納米管時(shí)生長(zhǎng)溫度、催化劑種類、催化劑厚度、碳源混合氣體比例以及基底材料等這些工藝參數(shù)對(duì)CNT生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行探索性研究，在大面積基底上生長(zhǎng)出了定向性好的碳納米管。 進(jìn)而結(jié)合光刻工藝， 成功制備出以束尺寸小于3μm的碳納米管束為單

5、元的場(chǎng)致發(fā)射陣列，碳納米管束排列整齊、均勻性好。相較于傳統(tǒng)單根碳納米管作為一個(gè)發(fā)射單元，采用一束碳納米管束作為一個(gè)發(fā)射單元不但克服碳納米管生長(zhǎng)定向性的問(wèn)題而且大大提高了碳納米管陣列的電流發(fā)射穩(wěn)定性從而提高陣列的場(chǎng)致發(fā)射性能。場(chǎng)致發(fā)射特性測(cè)試結(jié)果表明：電場(chǎng)強(qiáng)度為4.11V/μm，出現(xiàn)發(fā)射電流,此時(shí)的電流密度為4mA/cm2;當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為8 V/μm時(shí)，最大電流密度為1.352A/cm2。 最后，本文還對(duì)碳納米管場(chǎng)致發(fā)射中的空間電荷效應(yīng)和碳

6、納米管陣列密度對(duì)場(chǎng)發(fā)射性能的影響進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)制備的碳納米管束場(chǎng)致發(fā)射陣列的微觀結(jié)構(gòu)，建立了實(shí)際微觀結(jié)構(gòu)的碳納米管束陣列的場(chǎng)致發(fā)射模型，模擬了不同密度碳納米管陣列的發(fā)射電流密度。通過(guò)和理論公式計(jì)算結(jié)果的擬合，分析了陣列密度對(duì)場(chǎng)發(fā)射性能的影響：納米碳管過(guò)于密集，相鄰碳管的場(chǎng)強(qiáng)相互影響，降低了總的發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)；納米碳管過(guò)于稀松，單根碳納米管發(fā)射電流增大，單位面積碳管數(shù)目降低，同樣電流密度會(huì)減小。結(jié)果顯示，碳納米管的長(zhǎng)度為 4μm 時(shí)，陣