纳米金刚石涂层场发射阴极工艺改进及理论研究

论文摘要

场发射显示器件(FED)综合了CRT和平板显示器件的优点是当前研究的一大热点。各种类型的金刚石材料具有优良的物理化学性能,将其作为场发射阴极材料已成为目前FED开发的重要方向。 本文对纳米金刚石涂层场发射阴极的制备工艺进行了研究。对纳米金刚石粉的分散液配方进行了改进,优化出了最佳的分散配方。对纳米金刚石粉的涂覆方法作出了改进,提高了金刚石涂层的均匀性。对真空退火系统中的热丝结构进行了改进,改善了热退火中热场的均匀性。采用了射频等离子体技术对样品表面进行氢化处理,极大的提高了氢处理的效果和效率。 本文重点探索了TiC界面层厚度和金刚石涂层厚度对场发射性能的影响,分析比较了不同热处理温度和不同涂层厚度样品的场发射性能,确定出较为理想的退火温度与金刚石涂层厚度的参数组合。研究了电子在场发射阴极中的输运机理,通过在金刚石涂层中掺入钛纳米粉引入了TiC导电沟道,提高了样品的场发射性能。优化了射频氢等离子体处理中的重要参数,确定出了最佳的处理时间、衬底温度、辉光压强,并对氢等离子体与纳米金刚石涂层的作用机理进行了较为深入的分析。通过拍摄大量的发光照片,对影响发光均匀性的主要原因进行了初步的分析。 本文采用XRD、SEM、EDS、AFM、Raman等测试分析手段对样品进行了检测分析。测试结果表面,最佳工艺下样品的阈值电压(电流密度为2μA/cm~2)为1.9V/μm,在18V/μm场强下的最大发射电流密度为61μA/cm~2。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 FED显示特点及其优势
• 1.2 场发射器件的发展历程及现状
• 1.3 场发射器件的技术状况
• 1.3.1 场发射阴极的分类
• 1.3.2 实用的场发射器件结构
• 1.4 论文选题及研究内容
• 1.4.1 目前FED存在的问题及研究方向
• 1.4.2 金刚石场发射阴极材料的研究现状
• 1.4.3 本文主要的研究内容
• 第二章 场致电子发射理论
• 2.1 F-N电子场发射理论简介
• 2.1.1 F-N场发射电流公式
• 2.1.2 F-N曲线及其物理意义
• 2.2 金刚石场发射的现有理论
• 2.3 钦基纳米金刚石场涂层场发射模型分析
• 2.3.1 模型描述
• 2.3.2 模型分析
• 第三章 场发射阴极制备工艺研究
• 3.1 超声分散液配方的改进
• 3.2 纳米金刚石粉均匀涂覆工艺的改进
• 3.3 真空退火系统中热丝结构的改进
• 3.4 氢等离子体处理工艺的改进
• 3.5 场发射性能测试系统及分析设备
• 第四章 TiC界面层对场发射性能的影响研究
• 4.1 金刚石和金属钛热粘接的可行性研究
• 4.1.1 钛、碳化钛与金刚石接触的能级分析
• 4.1.2 金属钛与金刚石的欧姆接触
• 4.1.3 金属钛与金刚石粉的热分析
• 4.1.4 热粘接的初步尝试
• 4.2 热处理温度对热粘接程度及场发射性能的影响
• 4.2.1 热处理温度对热粘接程度的影响
• 4.2.2 不同热处理温度下样品的场发射性能比较
• 4.2.3 测试结果分析
• 4.3 小结
• 第五章 金刚石涂层中电子输运机理的研究
• 5.1 电场下的载流子输运
• 5.1.1 强场对载流子输运的影响
• 5.1.2 纳米颗粒的输运机理
• 5.2 影响纳米金刚石薄膜内部电子输运的主要因素
• 5.3 金刚石涂层厚度对电子输运的影响研究
• 5.4 样品制备的可重复性分析
• 5.5 金刚石涂层中TiC形成的电子输运通道研究
• 5.6 小结
• 第六章 氢等离子体处理工艺研究及发光均匀性分析
• 6.1 氢等离子体处理的理论依据
• 6.1.1 射频等离子体技术
• 6.1.2 氢与金刚石的相互作用机理
• 6.2 氢等离子体处理实验结果及分析
• 6.2.1 实验结果
• 6.2.2 实验机理分析
• 6.3 发光均匀性分析
• 6.4 小结
• 总结
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢