氮化碳粉体的制备及其场发射性能分析

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1、分类号：ＴＮ３０４．２学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１４３１３８４＿颀士专业字位论文ＤｌＤＭｔｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｅｇｒｅｅｏｆａｓｅｒ氮化碳粉体的制备及其场发射性能分析学科名称：集成电路工程专业学位类别：工程硕士作者：柴杰指导教师：赵武教授翟春雪副教授韦兆碧教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月PreparationofCarbonNitridepowderandItsFieldEmissionPerformanceAthesissubmittedtoNorthw

2、estUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByChaiJieSupervisor:ZhaoWuProfessorZhaiChunXueAssociateProfessorWeiZhaoBiProfessorDecember2018摘要场致发射显示器（FED）是一种新兴的平板显示器，它综合了阴极射线管（CRT）的高画质和液晶显示器（LCD）的薄型低功耗等平板显示器的许多优点，人们一直关注着其发展的前景。氮化碳是一种由理论预言提出的类

3、似于氮化硅的共价化合物，具有较大的聚合能和力学稳定性。氮化碳除了具有良好的机械特性和化学稳定性，还可能具有比金刚石更小的电子亲和势，所以在场发射方面的潜力引起人们的关注。本文采用溶剂热法制备氮化碳粉体材料，将氮化碳粉体材料沉积到不同衬底表面制成场发射阴极，测试不同衬底的阴极样品的场发射性能。考察工艺条件的改变对其场发射性能的影响。首先，采用溶剂热法，以三聚氯氰和叠氮化钠为原料，二氯甲烷为溶剂，合成了石墨相氮化碳粉体材料。通过XRD、SEM、EDS、FTIR、TGA对产物的晶相结构、组成成分和形貌进行表征，考察了反应温度、反应时间、反应物质量和有机溶剂的量等工艺参数对合成产物的影响。获得

4、了最佳工艺：反应温度200℃、反应时间15h、溶剂的量20ml。合成的氮化碳以球状或类球状为主。其次，根据电泳的原理，设计了电泳液的配方，分别选用钛片、石墨片、碳纤维布三种衬底，在衬底上电泳沉积氮化碳粉体制备场发射阴极，研究了电泳工艺参数的改变对样品场发射阴极的性能影响。结果表明：（1）以钛片为衬底时，研究了电泳时间、电泳电压、电泳液浓度、氮化碳含量、热处理温度等参数对场发射阴极的影响，得到最佳实验条件：电泳时间3min、电泳电压30V、电泳液中钛粉、碘和氮化碳分别为10mg、20mg、15mg、热处理温度为400℃，该条件下制备的样品其开启电场为5.20V/m，在2电场为14V/

5、m时场发射电流密度为105A/cm。（2）以碳纤维布为衬底时，研究了电泳时间、电泳电压、电泳液浓度、氮化碳含量等参数对场发射阴极的性能影响。得到最佳实验条件：电泳时间3min、电泳电压45V、电泳液中钛粉、碘和氮化碳为10mg、20mg、20mg，该条件下样品的开启电场为0.23V/m，在电场为1.2V/m时场发射电流密度为2300A/cm。（3）以石墨为衬底时，研究了电泳时间、电泳电压、电泳液浓度、氮化碳含量等参数对场发射阴极的性能影响。得到最佳实验条件：电泳时间6min、电泳电压60V、电泳液中钛粉、碘和氮化碳为10mg、20mg、20mg，该条件下样品的开启电场为23.1

6、5V/m，在电场为8V/m时场发射电流密度为200A/cm。vi再次，采用溶剂热法直接在碳纤维布和石墨两种衬底上生长氮化碳粉体，制备场发射阴极，改变反应温度、反应时间、溶剂的量等工艺参数，通过对样品的结构、形貌和性能的表征，探究工艺参数条件对样品场发射性能的综合影响。结果表明：（1）碳纤维布衬底上生长氮化碳粉体制备场发射阴极，反应温度为200℃、反应时间为15h、溶剂的量为20ml时样品的场发射性能最好。该条件下样品的开启电场为0.35V/m，在电场2为1.4V/m时场发射电流密度为160A/cm。（2）石墨衬底上生长氮化碳粉体制备场发射阴极，反应温度为220℃、反应时间为

7、15h、溶剂的量为25ml时的样品的场发射性能最好。该条件下样品的开启电场为4.08V/m，在电场为18V/m时场发射电流密度为2290A/cm。关键字：溶剂热法，氮化碳，场发射阴极，场发射特性ABSTRACTFieldemissiondisplay(FED)isanemergingtypeofflatpaneldisplaythatcombinestheadvantagesofcathoderaytube(CRT)high-defini