tinltxgt缓冲层的制备及对一维sic纳米材料场发射的影响

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1、摘要TiN因具有高强度、高硬度、高熔点、高化学稳定性、耐磨损、良好的导热性等一系列优点以及在增强材料的光致发光、改变半导体的带宽等方面的应用而成为目前广泛研究的材料之一。一维SiC纳米材料因其具有良好的热稳定性和化学稳定性、高的热导率、高的临界击穿场强、较低的功函数和优异的力学性质，成为场发射阴极材料的首选材料之一，是国内外研究热点。本文以TiNx薄膜为缓冲层，通过制备条件的改变，研究其对一维SiC纳米材料场发射性能的影响。在论文工作中，进行了以下几个方面的研究：(1)研究了不同工艺参数对TiNx薄膜的微

2、结构及性能的影响。结果发现：随着溅射功率的不断增大，TiNx薄膜的晶粒尺寸先下降后增加，厚度先增厚后减薄，薄膜中N厂ri原子比和电阻率不断下降，而高于一定溅射功率，电阻率趋于某一定值；随着溅射压强的不断增加，薄膜厚度越来越小，取向由(111)晶面转变为(200)晶面生长，N／Ti原子比逐渐升高，电阻率随之升高；随着衬底温度的升高，薄膜的取向由(200)晶面转向(111)晶面，柱晶的直径先增大后减小，N厂ri原子比呈升高趋势，而电阻率呈下降趋势。总之，衬底温度对成分和电阻率的影响是相反的，而溅射功率和溅射压

3、强对这两方面的影响是一致的。(2)研究了制备条件对一维SiC纳米材料生长的影响。结果发现：Ni催化剂颗粒大小决定CNTs的直径，纳米管的定向生长是衬底表面的电场诱导所致，其中自偏压对CNTs的生长起着至关重要的作用。相同制备条件下，不同微结构的TiNx薄膜表面生长的CNTs直径均大约为70nm，长度为llain，表面形貌基本一致。溅射Si及高温退火后得到了具有一定阵列性的一维SiC纳米材料，随后的XPS分析表明，材料中存在较强Si．C键合，XRD物相分析表明，得到的是SiC，说明用模板法可以制备得到一维S

4、iC纳米材料。通过SEM观察发现，在Si02缓冲层上生长的一维SiC纳米材料较TiNx缓冲层上生长的疏松，但阵列性更好。(3)研究了TiNx缓冲层对一维SiC纳米材料场发射性能的影响。结果发现：TiNx缓冲层制备条件的不同对一维SiC纳米材料场发射性能有显著的影响，衬底温度越低，获得的TiNx薄膜中N／Ti原子比越低，其上生长的一维SiC纳米材料的场发射性能越强。衬底温度为100"C时，发射性能最强，开启场强为9．0V／lain，在12．3V／gra时发射电流密度达到10mA／cm2。而Si02上的生长的

5、一维SiC纳米材料开启电场达到17．8v／岬，在21．6V／gin时发射电流密度达到10mA／cm2。与Si02缓冲层相比，TiNx缓冲层的引入有助于提高一维SiC纳米材料场发射的性能。这些结果为今后SiC场发射器件的开发提供有意义的借鉴。关键词：反应溅射；TiNx缓冲层；一维SiC纳米材料；场发射．AbstractRecentlyTiNfilmswereextensivelyinvestigatedduetoitshi．ghintensity,higllhardness，lljgllmeltingtem

6、perature，highchemicalstability,resistancetoabrasionandhi曲thermalandelectricalconductivity．Whatismore，thefilmscallbeusedtoenhancethelightemissionofsomematerialandchangethebandgapofmaterial．One-dimensionialSiCnanomaterialsalsoattractedagreatdealofinterestan

7、dbecamethefirstchoiceforthecathodematerialofthefieldemissionbecauseofthewellthermalandchemicalstability,highthermalconductivity,lligllbreakdownfieldstrength，lowworkfunctionandexcellentmechanicalproperty．Inthisthesis，TiNxfilmspreparedatdifferentconditionsw

8、ereusedasthebufferlayertoenhancethefieldemissionoftheone．dimensionialSiCnanomaterials．Inmythesis，westudiedthefollowingaspect：(1)Theeffectofthedifferentprocessingparametersonthemicrostmctureandtheelectricpropertiesof