SiC一维纳米材料的N掺杂及场发射性能研究

论文摘要

本文研究了N掺杂SiC一维纳米材料的合成工艺、等离子体处理和纯化处理工艺及其场发射性能。主要研究了原料质量比、等离子体种类和轰击时间、纯化工艺等对产物的微观形貌、晶体结构、化学成分及场发射性能的影响规律,探讨了各工艺条件对产物场发射性能的影响机理,主要研究内容如下:利用利用化学气相反应法合成了高质量N掺杂SiC一维纳米材料,通过研究Si-SiO2混合粉料与三聚氰胺的质量比对产物的影响,得出最佳质量比为1:3,此条件下合成的产物纯度高,直径尺寸均匀,且场发射性能最好,其开启电场和阈值电场分别为1.5和3.5 V/μm。分析表明,随着三聚氰胺加入量增多产物中N含量增多,产物的形貌也随之变化,产物的场发射性能受N含量和形貌两个因素共同影响。利用等离子体对N掺杂SiC一维纳米材料进行轰击处理,并研究了等离子体处理对产物场发射性能的影响规律。通过研究不同等离子体种类、不同的轰击时间对产物场发射性能的影响,得出等离子体轰击可以使N掺杂SiC一维纳米材料表面形貌发生变化,改善产物的场发射性能。采取高温煅烧和氢氟酸酸洗相结合的方法对化学气相反应法制备的N掺杂SiC一维纳米材料进行纯化处理,通过研究加热温度、保温时间、氢氟酸溶液浓度和酸洗时间对产物的影响得出最佳纯化处理工艺,分析得出产物场发射性能的改善机理为:纯化处理后产物中原有的碳颗粒等杂质以及线状产物表面的SiO2包覆层被去除,产物的场发射性能得到改善,其开启电场和阈值电场分别比纯化前降低了1.1 V/μm和0.6 V/μm。通过研究不同形貌SiC一维纳米材料场发射性能的变化规律,得出SiC一维纳米材料的场发射性能有很强的形貌依赖性,经过分析研究,首次提出磁场屏蔽效应理论,揭示了直线状、粘附状和卷曲状等不同形貌SiC一维纳米材料场发射性能的变化机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 宽带隙半导体一维纳米结构的研究概况
• 1.2.1 一维纳米材料概述
• 1.2.2 GaN 一维纳米结构
• 1.2.3 ZnO 一维纳米材料
• 3N₄ 一维纳米结构'>1.2.4 Si₃N₄一维纳米结构
• 2O₃ 一维纳米材料'>1.2.5 Ga₂O₃一维纳米材料
• 1.3 SiC 及其一维纳米材料研究概述
• 1.3.1 SiC 多型的晶体结构
• 1.3.2 SiC 的物理和化学性质
• 1.3.3 SiC 的重要应用
• 1.3.4 SiC 一维纳米材料的研究概述
• 1.4 纳米材料的掺杂
• 1.4.1 纳米材料的掺杂概述
• 1.4.2 SiC 的n 型和p 型掺杂
• 1.4.3 SiC 掺杂研究概况
• 1.5 场发射概述
• 1.5.1 场发射原理
• 1.5.2 场致发射研究的意义
• 1.5.3 场致发射的研究概况
• 1.6 本文选题依据、主要内容及创新点
• 1.6.1 本文的选题依据
• 1.6.2 本文的研究内容
• 1.6.3 本文的主要创新点
• 2 实验部分
• 2.1 实验所用主要原料和仪器设备
• 2.1.1 实验所用主要原料及辅助材料
• 2.1.2 实验所用主要仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 N 掺杂SiC 一维纳米材料的合成工艺方法
• 2.2.2 N 掺杂SiC 一维纳米材料的等离子体处理实验方法
• 2.2.3 N 掺杂SiC 一维纳米材料的纯化处理实验方法
• 2.2.4 不同形貌SiC 一维纳米材料的合成工艺方法
• 2.3 SiC 一维纳米材料的场发射性能研究方法
• 2.3.1 场发射性能测试装置
• 2.3.2 超高真空系统
• 2.3.3 场发射特性测试步骤
• 2.3.4 评价参数
• 2.4 SiC 一维纳米材料的主要表征方法
• 3 N 掺杂 SiC 一维纳米材料的合成及场发射性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 N 掺杂SiC 一维纳米材料的形貌分析
• 3.3 N 掺杂SiC 一维纳米材料的化学组成
• 3.4 N 掺杂SiC 一维纳米材料的微观结构分析
• 3.5 N 掺杂SiC 一维纳米材料的场发射性能测试及机理分析
• 3.6 本章小结
• 4 N 掺杂 SiC 一维纳米材料的等离子处理及场发射性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 等离子体处理前后N 掺杂SiC 一维纳米材料的形貌分析
• 4.3 等离子体处理后N 掺杂SiC 一维纳米材料的微观结构分析
• 4.4 等离子体处理前后N 掺杂SiC 一维纳米材料的场发射性能研究
• 4.5 本章小结
• 5 N 掺杂 SiC 一维纳米材料的纯化及场发射性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 纯化前后N 掺杂SiC 一维纳米材料的形貌分析
• 5.3 纯化前后N 掺杂SiC 一维纳米材料的微观结构分析
• 5.4 纯化前后N 掺杂SiC 一维纳米材料的场发射性能研究
• 5.5 本章小结
• 6 不同形貌 SiC 一维纳米材料的场发射性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 不同形貌SiC 一维纳米材料的形貌和微观结构分析
• 6.3 不同形貌SiC 一维纳米材料的场发射性能研究
• 6.4 不同形貌SiC 一维纳米材料的场发射性能变化规律的机理研究
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖目录