ZnO/金刚石双层结构及场发射性质研究

发布时间：2021-02-17 12:24

　　ZnO和金刚石是非常重要的宽带隙半导体材料,具有优异的物理化学性质。将ZnO和金刚石结合起来制备的新型复合结构,在场发射显示器冷阴极材料、半导体异质结及表面声波学器件等领域被广泛研究。通过把ZnO沉积到金刚石基底上,可明显提高ZnO及金刚石的场发射性能。因此,本文采用水热法把ZnO分别沉积到自支撑金刚石膜和纳米金刚石基底上,改变生长时间、反应物浓度、金刚石基底及对ZnO进行B掺杂,系统的研究了上述条件对ZnO生长形态和场发射性能的影响,以期望改进ZnO及金刚石的场发射性能。采用场发射扫描电子显微镜、掠入射X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、光致发光光谱仪对样品的微结构进行表征;采用高真空场发射测试研究样品的场发射特性。系统的研究了不同反应时间、不同反应物浓度、金刚石晶粒尺寸和ZnO掺杂对ZnO/金刚石复合结构的微结构和场发射性能的影响。主要研究内容及结果如下:（1）以自支撑金刚石膜为基底,水热反应时间分别为1.5 h、3 h、6 h和8 h,制备ZnO纳米棒。并与在相同条件下,制备的ZnO纳米棒/Si复合结构进行比较。结果表明,在自支撑金刚石膜上制备的ZnO纳米棒出现了尖端现象,并且具有更好... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    引言
    1.1 金刚石的基本性质及应用
        1.1.1 金刚石的晶体结构
        1.1.2 金刚石的性质
        1.1.3 金刚石膜的制备方法
        1.1.4 金刚石掺杂
    1.2 ZnO的基本性质、制备及应用
        1.2.1 ZnO的晶体结构
        1.2.2 ZnO纳米材料的制备方法
        1.2.3 ZnO纳米材料的应用
    1.3 ZnO/金刚石复合结构
    1.4 场发射
        1.4.1 场发射理论
        1.4.2 场发射方程-Fowler-Nordheim理论
        1.4.3 影响场发射的因素
        1.4.4 冷阴极场发射材料
    1.5 问题的提出及本文的主要研究内容
第二章 实验设备和表征方法
    2.1 微波等离子化学气相沉积（MPCVD）装置
    2.2 真空管式高温烧结炉设备
    2.3 反应釜
    2.4 表征方法
        2.4.1 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）
        2.4.2 掠入射X射线衍射（GXRD）
        2.4.3 拉曼光谱（Raman）
        2.4.4 光致发光光谱（PL）
        2.4.5 场发射性能测试（EFE）
第三章 ZnO纳米棒/自支撑金刚石膜的制备及场发射性能的研究
    3.1 实验过程
        3.1.1 自支撑金刚石基底的制备
        3.1.2 在基底上制备ZnO籽晶层
        3.1.3 制备ZnO纳米棒
    3.2 结构、成分及形貌分析
        3.2.1 SEM图分析
        3.2.2 GXRD图谱分析
        3.2.3 Raman图谱分析
        3.2.4 PL光谱分析
    3.3 场发射性能表征
    3.4 本章小结
第四章 ZnO纳米棒/纳米金刚石制备及场发射性能的研究
    4.1 实验过程
        4.1.1 纳米金刚石基底的制备
        4.1.2 ZnO籽晶层的制备
        4.1.3 ZnO纳米棒的制备
    4.2 结构、成分及形貌分析
        4.2.1 SEM图谱分析
        4.2.2 GXRD图谱分析
        4.2.3 Raman图谱分析
        4.2.4 PL图谱分析
    4.3 场发射表征
    4.4 本章小结
第五章 硼掺杂ZnO薄片/纳米金刚石制备及场发射性能的研究
    5.1 实验过程
        5.1.1 ZnO籽晶层的制备
        5.1.2 ZnO纳米薄片的制备
    5.2 结构、成分及形貌分析
        5.2.1 SEM图谱分析
        5.2.2 GXRD图谱分析
        5.2.3 Raman图谱分析
        5.2.4 PL图谱分析
    5.3 场发射性能分析
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
硕士期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性[J]. 杨延宁,张志勇,闫军锋,李伟霞,张富春,刘巧平,崔红卫.  光子学报. 2015(02)
[2]高功率MPCVD金刚石膜红外光学材料制备[J]. 于盛旺,安康,李晓静,申艳艳,宁来元,贺志勇,唐宾,唐伟忠.  红外与激光工程. 2013(04)
[3]Effect of growth time on morphology and photovoltaic properties of ZnO nanowire array films[J]. YANG Weiguanga, WANG Yalib, ZHEN Qiang b, and SHI Weimina a Department of Electronic Information Materials, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China b Nano-Science and Nano-Technology Research Center, School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China.  Rare Metals. 2011(06)
[4]碳纳米管材料的发展与应用[J]. 韦东远.  高科技与产业化. 2011(02)
[5]场致发射阵列阴极制备工艺研究[J]. 董建康,祁康成,李新义,高峰.  电子器件. 2008(04)
[6]ZnO纳米材料及掺杂ZnO材料的最新研究进展[J]. 赵铧,李韦,刘高斌,熊稳,王伟,郭富胜.  材料导报. 2007(S3)
[7]在Si（100）上以AlN作过渡层低温外延生长ZnO薄膜[J]. 孙林林,刘宏玉,程文娟,马学鸣,石旺舟.  人工晶体学报. 2005(06)
[8]场发射显示器阴极的制备方法及研究现状[J]. 王小菊,林祖伦,祈康成.  现代显示. 2005(03)
[9]硅基场发射阴极材料研究进展[J]. 富笑男,李新建.  科学技术与工程. 2005(03)
[10]ZnO基紫外探测器的制作与研究[J]. 杨晓天,刘博阳,马艳,赵佰军,张源涛,杨天鹏,杨洪军,李万程,刘大力,杜国同.  发光学报. 2004(02)

博士论文
[1]钛基掺硼金刚石薄膜电极的制备、性质及其在废水处理中的应用[D]. 孙见蕊.吉林大学 2012
[2]MPCVD法制备光学级多晶金刚石膜及同质外延金刚石单晶[D]. 李博.吉林大学 2008

硕士论文
[1]Ag离子注入自支撑金刚石膜微结构及场发射性能研究[D]. 乔瑜.太原理工大学 2016



本文编号：3037982