ZnO纳米结构的生长及场发射特性

发布时间：2017-03-23 04:03

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【摘要】：作为人机交互最直观的器件,显示器件的应用领域已经深入到社会发展的各个层面。随着人们对交互界面要求的提高以及信息社会的发展,显示器件呈现出高画质、平面化、数字化的发展趋势。传统的CRT显示器虽然具有画质良好的优点,但其耗电量及体积方面的劣势使其逐渐被淘汰,取代CRT显示器的LCD、PDP具有耗电少以及体积小的优势,但是这些显示器在画质上却不能够与CRT媲美,因此具有LCD、PDP的耗电少以及体积小的优势且成像效果可以与CRT显示器媲美的FED显示器近年来被广泛关注。在FED显示器的研究中,最重要的就是要找到一种合适的场发射阴极材料,由于ZnO熔点高、机械强度高、恶劣环境耐忍受力强,因此ZnO是FED显示器中理想的阴极材料。本文通过在不同衬底上生长ZnO纳米结构、测试场发射性能,研究了ZnO纳米结构的获得与场发射性能的改良方式。首先,本文采用镀有金薄膜的Si衬底作为衬底,在Si衬底上生长了ZnO纳米结构。实验结果表明,在锌过量的情况下,随着Zn蒸汽分压与O2分压之比的增大,得到的纳米结构的形貌也会随之发生改变;另外,当Zn在反应的后期没有过量时,最后得到的纳米结构的形貌会趋近于线状。场发射的测试结果表明,ZnO纳米结构的场发射性能与其顶端曲率有较大的联系。其次,本文采用MgO作为缓冲层,在Si上生长了ZnO薄膜籽晶层,而后分别在包含以及未包含MgO缓冲层的ZnO籽晶层上生长了ZnO纳米线阵列。与无MgO缓冲层的衬底相比,包含MgO缓冲层的ZnO籽晶层具有更好的单一晶体取向以及更高的晶体质量。同时,生长在包含MgO缓冲层的籽晶层上的ZnO纳米阵列具有更竖直的排列以及更优越的场发射性能。Raman光谱表明两种纳米线阵列均具有较少的氧空位。另外,高温O2退火也会使得样品的场发射性能发生改变:在低电场下样品的场发射性能变差;随着电场增大,未退火样品的发射电流密度无法持续增大,而退火样品的发射电流密度能够随着电场增大而增大。PL光谱表明样品场发射性能的改变可能是由于氧空位的减少导致的载流子浓度的减小引起的。与镀有Au薄膜的Si衬底上生长的纳米结构相比,ZnO籽晶层上生长的ZnO纳米阵列具有更优越的场发射性能。
【关键词】：ZnO纳米结构 场发射阴极 高温氧气退火
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ132.41
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 ZnO材料概述10-12
• 1.3 ZnO纳米材料应用12-14
• 1.3.1 发光二极管12
• 1.3.2 光催化12
• 1.3.3 气敏传感器12-13
• 1.3.4 纳米发电机13
• 1.3.5 紫外传感器13
• 1.3.6 场发射显示器13-14
• 1.4 电子发射14-17
• 1.4.1 热电子发射14-15
• 1.4.2 肖特基效应15-16
• 1.4.3 场致电子发射16-17
• 1.5 描述场发射性能（FE）的参数17-18
• 1.6 场发射材料的选择要求及现状18-20
• 1.6.1 低功函数18
• 1.6.2 容易获得高的形状增强因子18
• 1.6.3 高熔点及高化学稳定性18
• 1.6.4 高热导率及高电导率18-19
• 1.6.5 场发射阴极材料的选取19-20
• 1.7 ZnO纳米材料场发射研究现状20-23
• 1.8 本论文的研究内容和意义23-24
• 第二章 Zn O纳米结构的合成与表征24-30
• 2.1 ZnO纳米结构的合成24-25
• 2.1.1 化学气相沉积（CVD）24
• 2.1.2 水热法24-25
• 2.1.3 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）25
• 2.1.4 电沉积法25
• 2.2 ZnO纳米结构的表征25-28
• 2.2.1 场发射扫描电镜（SEM）25-26
• 2.2.2 透射电子显微镜（TEM）26-27
• 2.2.3 X射线衍射仪（XRD）27-28
• 2.2.4 光致发光光谱（PL）28
• 2.2.5 激光拉曼光谱28
• 2.3 场发射测试装置28-30
• 第三章 镀金Si衬底生长ZnO纳米结构30-40
• 3.1 实验30
• 3.2 Zn蒸汽分压与O2分压之比对ZnO纳米结构形貌的影响30-36
• 3.3 延长生长时间对ZnO纳米结构形貌的影响36-37
• 3.4 部分样品的XRD表征37-38
• 3.5 部分样品的FE曲线38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 镀有ZnO籽晶层的Si衬底生长Zn O纳米结构40-52
• 4.1 实验40
• 4.2 MgO作为缓冲层对ZnO纳米阵列的影响40-46
• 4.2.1 MgO缓冲层对ZnO籽晶层的影响40-43
• 4.2.2 MgO缓冲层对纳米线形貌、结构的影响43-45
• 4.2.3 MgO缓冲层对纳米线场发射的影响45-46
• 4.2.4 场发射后的纳米线阵列的SEM表征46
• 4.3 样品高温氧气退火对场发射性能的影响46-50
• 4.3.1 样品高温氧气退火的影响46-49
• 4.3.2 样品进行高温氧气退火后场发射的测试49-50
• 4.4 镀金衬底及镀有籽晶层衬底生长的纳米线的场发射性能的比较50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 对未来工作的展望53-54
• 参考文献54-62
• 作者简历以及在硕士间取得的科研成果62-63
• 致谢63

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本文编号：262862