石墨烯阵列场发射性能的研究

发布时间：2017-12-22 13:35

  本文关键词：石墨烯阵列场发射性能的研究　出处：《东南大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：石墨烯是一种由碳原子以Sp2杂化轨道组成的六角型晶格单原子层二维晶体。有许多独特的性质,它是零带隙的半金属半导体材料,具有优异的电导率、良好的载流子迁移率、很高的热导率、超高的比表面积以及优异的力学性能,这些独特的优势使得石墨烯具有良好的场发射性质。场致发射是冷阴极电子发射。场发射阴极具有大电流、低功耗和冷发射的特点,有着广阔的应用前景。石墨烯具有众多独特的优势,使其成为理想的场发射阴极材料。但是,目前石墨烯作为场发射阴极一般都是成片随机堆叠分布,局部场发射电子方向、电流密度随机分布,发射稳定性和均匀性较差,制约了其在场发射方面的应用。本论文针对上述的特点,以石墨烯为研究对象,在深入分析石墨烯场发射阴极基础上,对石墨烯阴极结构及其制备工艺作了创新性和探索性研究。提出了一种基于直立石墨烯环阵列的场发射阴极结构和制造工艺。主要工作内容有：(1)利用COMSOL和自行设计的电子轨迹计算软件对直立石墨烯阵列的场发射性能进行仿真。研究了阴极间距和阴极周围介质对场发射性能的影响。仿真结果表明阴极周围介质对其场发射性能影响甚微,但是阴极间距的影响比较显著。综合考虑阴极电压的调制作用和制作工艺的局限,阴极间距取5-10μm较为合适。(2)设计了凸起和凹洞两种Ti-Cu-Ti的基底结构,采用磁控溅射镀膜、光刻及蚀刻等工艺制备了两种基底,对制备过程中的工艺参数进行了优化,得到了能够在凸起和凹洞侧壁生长石墨烯的基底。(3)采用乙炔作为碳源,采用LPCVD法在两种基底上生长出直立环状石墨烯,并对工艺参数进行了研究。利用拉曼图谱和扫描电镜对石墨烯的特性和形貌进行分析,证明了工艺的可行性,为直立石墨烯作为场发射器件中的阴极结构的应用奠定了研究基础。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71

【参考文献】

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本文编号：1319719