电泳和镀银法加强碳纳米管场发射特点的钻研
碳纳米管(CNT)和衬底的电学接触问题是失掉高性能CNT电子器件的一个要害性的问题。白文采纳电泳镀银步骤制备CNT冷负极,无效改善了CNT与衬底直接触电阻,加强了碳纳米管场发射性能。电泳镀银合议制备的碳纳米管冷负极场发射的开启磁场(直流电密度为10μA·cm-2时的磁场)由2.95V·μm-1升高到1.0V·μm-1,在磁场为8V·μm-1时直流电密度由0.224增多到0.8112mA·cm-2。在直流电密度为800μA·cm-2时继续1h的场发射稳固性测试,后果表明,电泳镀银法所得CNT场发射电子源直流电密度简直一成不变,而且直流电密度比拟稳固;而只有电泳的步骤失掉的CNT场发射电子源直流电密度稳定较大,直流电平衡固且呈较快的衰减趋向,1h后缩小到原来的75%。采纳电泳镀银步骤制备CNT负极,CNT的根部被纳米银颗粒遮盖和包袱,使CNT与衬底接触更加牢固而严密,又因为银存在很好的导热性,从而大大减小了接触电阻,因而电泳镀银法能大大改善CNT与衬底的电学接触性能。
从1991年阿曼迷信家饭岛(Iijima)发现碳纳米管(CNT)以来,人们对碳纳米管场发射特点及其场发射冷负极工艺继续了深刻而宽泛的的钻研。因为CNT顶端存在较小的曲率半径,较大的长径比,极高的电导率,卓越的机械强度和化学稳固性等长处,使它变成现实的场发射负极资料,并在场发射呆滞预示器等真空微电子器件中存在潜在的利用前景。眼前海内外制备冷负极的步骤囊括间接成长、丝网印刷、喷洒、电泳沉积等步骤。间接成长法因为须要较高的热度(大概600℃-1000℃),因而制约了玻璃等衬底资料的利用,同声沉积的地膜中正常含有非晶碳及催化剂等杂质;采纳丝网印刷步骤也可兑现大规模碳纳米管场发射冷负极的制备,但图形的辩白率要受到丝网精细水平的制约等,操作内中绝对简单,而且有机胶不行防止地要印刷在衬底上,因而务必继续烧结来除去无机物并增多CNT和衬底的黏着力,然而残余无机物在低温时会放气,从而使CNT场发射重大衰减;喷洒法的重要缺欠是CNT和衬底的黏着力绝对很弱,此外有人在衬底上加低熔点非金属In和Sn,但在加热使非金属熔融内中中,因为较强的非金属名义张力而使不得使纳米量级的CNT浸润,同声在加热内中中不行防止地要有氧化物生成,其后果相反使CNT场发射的开启电压增大。
白文经过镀银的步骤将银颗粒遮盖和包袱于CNT上,银颗粒的遮盖起到增多CNT与衬底的严密接触,减小接触电阻的作用,使得CNT的场发射特点失去大大改善;同声银颗粒的遮盖还能够起到低温下阻止CNT氧化的作用。这种步骤操作容易,能在重价的衬底上制备,不须要重型低廉的设施,不受低温等非凡条件的制约,适宜于大规模生产以CNT为负极的场发射器件。1、试验
经过CVD步骤分解的商用CNT作为此次试验的场发射电子源,CNT的直径大概是20nm～80nm,长短约是10μm～30μm。率先,将CNT放在热度为60℃浓硫酸和浓王水(品质比是3∶1,深浅别离是98%和70%)的混合溶液中继续冷凝回暖6h继续纯化和剪短;其次,用去离子水重复荡涤后在120℃的热度下烘干12h;其三,用异丙醇作为疏散液,采纳超声疏散的步骤对CNT继续疏散解决。为了获得更好的疏散动机,咱们在溶液中退出适量的乙基纤维素作为疏散剂,通过8h超声疏散,并经过高速离心,最初失掉高疏散性、高稳固性的CNT悬浮液。在所失掉的CNT悬浮液中退出大批的Mg(NO3)2·6H2O电解质溶液,再次通过短工夫超声疏散,最初将溶液静止搁置12h后,取上全体液体作为CNT电泳液。
ITO玻璃作为负极,钢片作为阳极,室温下放在电泳液中,两者平行搁置,间隔是5mm,沉积电压是60V。3min后,将碳管沉积在ITO玻璃上,所失掉的样品用氮气阴干,阴干后将样品继续镀银。镀银液是深浅为0.5%的AgNO3溶液,镀银直流电密度是1mA·cm-2,镀银电压是10V的直流电压,镀银工夫是45s。将镀银后的样品放在300℃热度下氮气条件中退火1h,目标是增多Ag在CNT和衬底上的黏着力。图1是镀银银前后的CNT的典型的能量疏散光谱(EDS);图2(a)是只电泳CNT的典型的扫描电子显微镜形貌图,右下角是全部放大像;图2(b)是电泳镀银联结后的CNT的典型的扫描电子显微镜形貌图,左边是全部放大像。
图1 镀银银先前(a)和当前(b)的CNT的典型的能量疏散光谱图(EDS) 图2 (a)仅电泳沉积CNT典型的扫描电子显微镜图,右下角插图是CNT高倍图,(b)是联结镀银CNT的扫描电子显微镜图,左边插图是镀银后的CNT的高倍图
两类样品的场发射特点测试是在超高真地面继续的,测试时的真空度优于1×10-4Pa。试验中采纳KEITHLEY-237提供高电压,齐头并进行场发射直流电检测。电子吸收阳极选用蒸铬的硅片,阳极与负极之间用石英丝隔开,间距为200μm。2、后果与探讨
镀银Ag和未镀银Ag的样品的直流电密度对磁场的关系曲线如图3(a)所示。由图可知开启磁场(直流电密度达成10μA·cm-2时的磁场)由2.95V·μm-1升高到1.0V·μm-1,在磁场为8V·μm-1时直流电密度由0.224mA·cm2增多到0.812mA·cm-2。图3(b)是图3(a)所对应的F-N曲线,将曲线继续拟和,所失去的F-N曲线为曲线,这注明样品的电子发射内中是因为隧道效应导致的场致电子发射。
图3 (a)只电泳和电泳镀银联结法磁场-直流电密度关系曲线图,(b)是(a)图所对应的F-N曲线
在磁场为8V·μm-1时,电泳镀银法的直流电密度是仅电泳法直流电密度的3倍多,这注明直流电密度的加强重要来自CNT和衬底电学接触特点的改善,其后果使场发射的特点大大加强。
图4给出直流电密度为800μA·cm-2时,工夫为1h两样品的直流电密度的稳固性测试后果。由图可知,只电泳的样品直流电稳定性较大,况且在1h内衰减到原来的75%;电泳镀银法的样品直流电比拟稳固,简直不衰减,直流电稳固性的改善是因为CNT和衬底的牢固接触使得接触电阻减小的后果。同声银颗粒的遮盖能够克制CNT在较高的磁场下被磁场招引到阳极下去,因而CNT能够接受较高的直流电强度。另外,银颗粒的遮盖还能够起到阻止CNT氧化的作用。因而,电泳和镀银法能够较显著地改善CNT和衬底的电学接触,大大增多CNT场发射特点。
图4 两样品在直流电密度为800μA·cm-2,工夫为1h内的直流电稳固性测试3、论断
白文提出了经过电泳和镀银法克服CNT和衬底的电学接触不牢固问题的一种容易无效的步骤。电泳和镀银法经过纳米银颗粒的包覆,从而使CNT与衬底接触更加亲密而牢固,因而减小了接触电阻,加强了场发射特点。场发射的开启电压由2.95V·μm-1升高到1.0V·μm-1,在8V·μm-1时直流电密度由0.224mA·cm-2增多到0.8112mA·cm-2。在800μA·cm-2直流电密度下,在1时辰内继续两样品的场发射稳固性测试,后果表明,电泳镀银法所得碳纳米管场发射电子源直流电密度简直一成不变。电泳镀银法没有简单的操作工艺,不须要低廉的仪器和设施,不受非凡条件制约,为咱们提供了一种改善发射体与衬底电学接触问题的一种容易无效步骤。
|
