镍基纳米针阵列的场发射性能研究

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1、镍基纳米针阵列的场发射性能研究摘要场发射平板显示器(fieldemissiondisplay,FED)因其卓越的性能而越来越受到关注。FED的关键技术是场发射阴极阵列的制备。而目前，常用的Spindt-FED和CNT-FED两种主要阴极的制备方法都存在着成本高、工艺复杂等问题，难以实现工业化。因此，本研究室首次利用定向电结晶方法成功制备出Ni基纳米针阵列结构。该方法无需模板，并具有工艺简单、设备投资少、成本低廉、易于大面积可控制备等优点，在FED场发射阴极制备方面具有广阔的应用前景。鉴于此，本研究围绕Ni基纳米针阵列场发射阴极材料的制备与性能开展了以

2、下的基础研究工作。通过定向电结晶方法制备了Ni针锥阵列，针锥大小均在纳米级，并且分布均匀、针锥致密、尖锐度高、竖直性好，9针锥密度为10量级，针锥顶角最小可达31.2°。采用场发射扫描电镜研究了各种条件对Ni基纳米针阵列微观形貌的影响。研究表明相比于Cu基片，溅射Cu玻璃基片上生长的Ni基纳米针阵列更加细小尖锐、均匀整齐、毛刺少，因而更适于做定向电结晶生长Ni基针锥阵列的基底；各种定向电结晶条件如电流密度和电结晶时间对针锥阵列形貌有重大影响，是控制1和优化针锥阵列形貌的关键。此外，为了降低电子功函数，防止Ni针阵列的氧化及使用过程中受离子轰击而失效，

3、在Ni针阵列上溅射了均匀的AlN薄膜，薄膜厚度为10nm-200nm，随厚度的增加，针锥的尖锐度有所下降。场发射性能的测试表明，制备的Ni基纳米针阵列具有良好的场发射性能。Cu基片生长的Ni针阵列开启电场可低至0.38V/µm，而场发射阴极最终要在玻璃基上应用，因此主要研究了在溅射Cu玻璃基片上生长的Ni针阵列，其开启电场最低为5V/µm，发射电流可以达到200µA。针锥阵列形貌对场发射性能有重大影响。随电结晶时间延长，针锥尖锐度下降、不均匀性增加，场发射性能降低。沉积的AlN薄膜因厚度太大，使得电子难以穿越，也同样损害了针锥阵列的场发射性能。通过形

4、貌研究和场发射性能研究的结合，本研究提出了通过基片的选择、电结晶条件的设置和溅射适当厚度的AlN薄膜控制和优化针锥阵列的形貌进而制备出具有优异场发射性能的Ni基纳米针阵列的方法。本研究获得的在溅射Cu玻璃基片上生长的Ni针阵列的最佳电结晶条件为：2电结晶溶液温度T=60°C、pH=4.0，电流密度j=2.0A/dm，电结晶时间t=112s。关键词：场发射，定向电结晶，Ni基纳米针阵列2STUDYONFIELDEMISSIONPROPERTIESOFNICKLE-BASEDNANOCONESARRAYSABSTRACTFieldemissiondisp

5、lay(FED)withexcellentdisplaypropertieshasbeenstudiedwidely.ThekeypointtoFEDisthefabricationofcoldemissioncathode.Highcostaccompaniedwiththecomplexmicro-manufacturingtechnologiesisahugebarrierfortheindustrialmanufacturingofthepopularSpindt-FEDandCNT-FEDcathodes.Therefore,asimple

6、directionalelectrocrystallizationmethodbywhichNi-basednanoconesfiledemissionarrays(FEAs)arefabricatediscarriedoutbyourlabtosolvetheseproblems.ThissimplemethodwithlowcostandwideavailabilityonconductorsubstratehasaverybrightprospectonFEDcathodefabrication.Inviewofthispotential,ba

7、sicresearchonthefabricationandfieldemissionpropertiesofNi-basedFEAsarecarriedout.Ninanoconesarraysfabricatedbydirectionalelectrocrystallizationaresharp,orderly,erectand92compact.Thedensityofnanoconesisinorderof10/cmandtheminimumofapicalangleisonly31.2°.Variouseffectsonmorpholog

8、yofNi-basednanoconesarraysarestudiedbyscanningelectron