六硼化镧纳米结构阵列薄膜的制备及场发射性能研究

发布时间：2020-10-21 23:34

　　 六硼化镧(LaB_6)组合了优异场发射阴极材料所需要的特性,是一种理想的场发射阴极候选材料,在透射电子显微镜、高频电子设备、传感器以及显示器等方面具有广阔的应用前景。场发射纳米结构阵列是一种优异场发射阴极结构,然而,目前对于制备LaB_6纳米结构阵列存在困难。本文在阳极氧化铝模板上,通过磁控溅射LaB_6制备纳米结构阵列。系统研究了阳极氧化铝模板形貌对辅助制备的纳米结构阵列形貌和场发射性能的影响,进一步研究离子束处理对纳米结构阵列形貌和场发射性能的影响。主要研究结果如下:用阳极氧化法制备了三类特征的阳极氧化铝模板,截面特征、孔径特征以及孔深特征的模板。在草酸溶液中,通过调整阳极氧化的步骤,制备了截面特征为U形和V形的模板;通过优化硬质阳极氧化,在不同阳极氧化电压下制备孔径特征为130 nm和180 nm的模板;通过控制第二次阳极氧化的时间,制备了三种孔深为240 nm、620 nm和1600 nm的孔深特征模板。AAO模板辅助法可以有效制备高度有序且垂直排列的六硼化镧纳米结构阵列。U形和V形截面特征模板可以辅助制备纳米管阵列和纳米棒阵列,孔径为130nm和180 nm的孔径特征模板可以辅助制备部分开口纳米管和闭口纳米管阵列,孔深为240 nm、620 nm和1600 nm的孔深特征模板可以辅助制备闭口纳米管、闭口纳米管和开口纳米管。孔深特征模板辅助制备的开口纳米管阵列具有很好的场发射性能,低的开启场强6.8 V/μm,以及高的场增强因子496。离子束斜角和垂直轰击均可以有效调节LaB_6纳米结构阵列的形貌,增强LaB_6纳米结构阵列的场发射性能。随着轰击时间的延长,闭口纳米管逐渐转变为开口纳米管。当斜角轰击时间为90 s,垂直轰击时间为30 s,闭口纳米管均全部转变为开口纳米管且顶部存在锐利的边缘。随着离子束轰击时间的延长,LaB_6纳米结构表面B/La原子比例逐渐减少,La原子在表面富集有利于减少表面电子逸出的真空势垒,从而降低逸出功。结合微观形貌和表面原子比例的变化,当斜角轰击90 s,开启场强从8.2降低至6.8 V/μm,电强度场为11 V/μm,发射电流密度增加5.5倍;当垂直轰击30 s,开启场强从8.2降低至6.9 V/μm,发射电流密度增加6.2倍。闭口结构转变为开口结构和La原子在表面富集对提高纳米管阵列的场发射性能发挥着重要的作用。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383;O614.331
【部分图文】：

金属中电子能量分布(左边)和表面势垒分布示意图(右)

发射体场增强因子在实际发射体的表面，通常是多个细丝棒排列在一起，此时，场增强因子除

六硼化镧的晶体结构
【参考文献】

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本文编号：2850753