zno场发射性能研究-材料学专业毕业论文

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1、AbstractI摘要第一章绪论1.1弓丨言11」」场发射11」.2场发射实质21.1.2.1逸出功及金属场发射机理2L122负电子亲和势及半导体场发射21.2宽禁带半导体材料场发射研究的背景和现状31.3低维ZnO发射体的制备及ZnO场致电子发射研究进展4131低维ZnO发射体的制备41.3.1.1化学制备方法51.3.1.2物理制备方法51.3.2ZnO场发射的进展51.4半导体的场发射理论进展61.5场发射的应用及进展71.6本论文研究内容8第二章场致电子发射理论102.1引言102.2金属的场致电子发射10221金属尖端的场致电子发

2、射102.2.2场致电子发射的定性解释11132.2.3场致电子发射的定量解析2.3半导体外场致发射18第三章ZnO的场发射行为的数值模拟213.1弓丨言213.2ZnO薄膜场发射的理论计算21213.2.1分析模型3.2.2结果分析243.3纳米线阵列场发射的理论计算27331纳米线顶端的电场分布283.3.2发射体的长径比对其顶端场强的影响303.3.3发射体的密度优化333.4结论38第四章低维ZnO的制备表征394.1ZnO微管样品的制备表征394.1.1实验方法394.1.2实验装置394.1.3实验结果分析394」31X射线衍射

3、图谱404.1.3.2扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)404」.3.3管状ZnO的XPS分析414.2ZnO纳米线阵列的制备表征43421CVD的基本原理434.2.2实验过程434.2.3实验结果44第五章场发射性能的测试465」测试装置及评价参数465.1」测试装置及测试过程465.1.2评价参数475.2ZnO微管的场发射性能48521ZnO微管场发射八F曲线485.2.2ZnO微管的F-N曲线505.2.3ZnO微管发射的稳定性525.2.4热处理对ZnO微管发射性能的影响535.2.5真空度对ZnO微管发射性能的

4、影响545.3ZnO纳米线阵列的场发射性能555.4ZnO微米棒的场发射585.5结果比较59第六章结论61参考文献52致谢65第一章绪论1.1引言场致发射是电磁学研究的重要技术领域之一，自1928年Fowler•和Nordheim建立金属场发射理论以来，场发射研究一直人们感兴趣的课题。这类器件有着十分广泛的应用领域，可用来制造场发射扫描电子显微镜⑴、高亮电子源⑵、压力传感器⑶、微波器件⑷、场致发射平板显示器⑸，存储器件⑹等。场发射应用的关键问题有两个方面，第一是获得高效稳定的发射阴极材料；第二是设计容易制造并能与1C工艺兼容的发射体结构。

5、1.1.1场发射[L8]场发射也叫场致电子发射，通常指强电场作用下，电子隧穿材料表面势垒的一种发射过程。一般而言，电子发射可分为四种基本形式：1、热电子发射：其能量获得方式是通过升高物体温度，从而导致电子在物体内无序热运动的能量，随温度的增高而增大，其屮部分电子能克服束缚而逸出物体表面，但对于金属得到可用电流往往要超过1000K温度，口效率极低。2、光电子发射：亦称外光电效应。它是以光电磁辐射的形式给予电子能量的,当电子吸收光辐射能量足以克服表面势垒，成为发射电子从而导致光电子发射，发射的电子称为光电子，并可形成光电流，但此种发射通常需要短

6、波长激发光源，因而限制了其应用发展。3、二次电子发射：当具有足够动能的电子或离子轰击表面时，会引起电子或离子从被轰击的物体表面发射出来，这种现象称为二次电子发射。可分为反射型电子二次发射、透射型二次发射及二次离子发射三种类型，其在光电倍增管中得到了重要的应用。4、场致电子发射：它是在物体表而上加很强的电场，通过降低表而势垒高度与减小势垒宽度，从而有利于电子隧穿表面势垒。其电子发射主要是一种隧穿过程，能得到较大的发射电流。与前三种发射形式不同的是：场发射主要是通过使表面势垒变低与变窄，使得固体内部电子能隧穿表面势垒，其内部电子能量是没什么改变

7、的，而前三种发射形式主要是使内部电子获得足够大能量，从而可克服表面势垒的约束。1.1.2场发射实质场发射过程实质是电子隧穿表面势垒的过程，电子能否隧穿表面势垒，通常认为是与表面势垒高度与宽度决定的。就金属而言，表面势金高度是与功函数密切联系在一起的，而对半导体其势垒高度却是与电子亲和势密不可分的。1.1.2.1逸出功及金属场发射机理所谓逸出功就是指在平衡状态下，从金属内部取出电子所需要的最小能量。逸出功是一个与电子发射密切相关的物理量。对于金属而言，尽管其内部的电子具有很大的平均动能，有从金属中逸出的趋势，但在常温下并不能逸出，这意味着表面

8、势垒对于电子隧穿是一个不可忽略的量，也说明逸出功的存在，约束了电子常温及低温状态下电子从表面逸出。在选择金属优异阴极材料时，低的逸出功将是一个十分重要的考虑。就经典理论而言，若电