銅基碳納米管薄膜的制備及其場發(fā)射性能的研究

1、銅基碳納米管薄膜的制備及其場發(fā)射性能的研究【摘要】：場發(fā)射平面顯示器件(FED)是20世紀(jì)80年代末問世的真空 微電子學(xué)的產(chǎn)物，兼有液晶顯示器和傳統(tǒng)陰極射線管 (CRT)顯示器的 主要優(yōu)點，顯示出良好的應(yīng)用前景。制作 FED的關(guān)鍵是陰極材料的制 備，一般需要采用薄膜技術(shù)和微加工技術(shù)。自碳納米管(CNT)發(fā)現(xiàn)以來, 由于CNT直徑小、長徑比大，且具有獨特的結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱 和化學(xué)穩(wěn)定性，故可作為FED的理想發(fā)射體。特別是定向碳納米管陣 列可看成是無數(shù)根單尖陰極規(guī)則的排列起來形成陣列式，是理想的場發(fā)射平板顯示器的尖端發(fā)射體。碳納米管在真空微電子器件中具有廣 泛的應(yīng)用前景。本論文利用化學(xué)氣相沉

2、積法 (ChemicalVaporDepositio n-CVD)制備得到不同形貌的 CNTs,研究其場 發(fā)射特性，為場發(fā)射光源、顯示器件的制作提供了實驗依據(jù)和工藝優(yōu) 化條件。1)單金屬Cu催化劑對CNT生長及場發(fā)射性能的影響：采用 磁控濺射法，通過控制濺射功率及濺射時間等制備工藝，在玻璃襯底上 制備Cu催化劑薄膜，采用CVD法在襯底上直接制備CNT薄膜陰極。 實驗中，系統(tǒng)地研究了濺射功率與時間對催化劑顆粒直徑及形貌的影 響并通過改變CVD的生長時間和生長溫度，獲得了不同形貌的CNT 薄膜,比較研究了不同形貌CNT薄膜的場發(fā)射性能及影響其性能的因 素。2)Cr金屬過渡層對Cu基CNT陰極場發(fā)射

3、性能影響的研究：針對 Cu膜易擴散的缺點，實驗中在Cu膜與玻璃基底之間加入膜厚約為 50-6Onm的Cr過渡層作為催化劑與襯底的緩沖層，通過改變Cu膜的濺射功率，調(diào)整催化劑顆粒的尺寸形貌及密度等特性。經(jīng)CVD法生長后,制備不同形貌的線形CNT薄膜,以研究FED陰極的場發(fā)射特性。3)合金CuCr催化劑CNT陰極場發(fā)射性能影響的研究：針對CVD法制 備CNT的特征，催化劑的成分對產(chǎn)物的質(zhì)量和數(shù)量有非常重要的影響 實驗采用磁控共濺射的方法制備合金金屬CuCr薄膜作為催化劑層，一方面控制CNT的生長形貌，并通過控制CNT的生長密度來優(yōu)化 CNT薄膜陰極的場發(fā)射性能。在合金薄膜厚度相同的情況下 ，通過改

4、 變Cu的濺射功率，調(diào)整退火后催化劑顆粒的密度、尺寸和合金催化劑 中Cu的含量。經(jīng)過CVD法生長后，分別制備線形及螺旋形CNT，研究 不同結(jié)構(gòu)及形貌CNT的場發(fā)射特性。4)Cu基定向CNT薄膜材料的 制備及其場發(fā)射性能的研究：無序的Cu基CNT場發(fā)射特性具有一定 的局限性，因此定向生長CNT陣列是制造FED的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時 也是實現(xiàn)基于碳納米管的微電子器件的必要條件。在論文中，以玻璃為襯底，以Cr薄膜為過渡層,Cu作為催化劑,采用直流等離子體增強化 學(xué)氣相沉積法(DC-PECVD)制備CNT薄膜。實驗系統(tǒng)的研究了 ,Cu的 磁控濺射功率及Cu膜厚度對CNT生長形貌的影響分析了 CNT的生

5、長機理，探討了 Cu催化劑實驗條件的改變對對生長 CNT及場發(fā)射性 能的影響。通過本論文的研究工作，利用磁控濺射和低壓化學(xué)氣相沉 積方法在Cu催化劑上直接制備各種尺寸和形貌的無序及定向CNT薄膜,系統(tǒng)地研究了 CNT形貌及場發(fā)射性能及可控性，從而開發(fā)和拓 展了平面顯示器件陰極材料的應(yīng)用。【關(guān)鍵詞】：碳納米管Cu膜催化 劑合金催化劑場發(fā)射性能【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2009【分類號】：TB383.1【目錄】:論文摘要6-8ABSTRACT8-12第一章緒論12-281.1納米材料概述12-191.2碳納米材料的研究進展19-211.3論文的選題及主要研

6、究內(nèi)容21-23參考文獻23-28第二章碳納米管生長的理論基礎(chǔ)及制備 工藝28-532.1碳納米管的制備方法 28-312.2碳納米管的生長機理 31-352.3合成碳納米管的催化劑制備工藝 35-382.4碳納米管的場發(fā)射 性能測試38-46參考文獻46-53第三章銅催化劑對碳納米管生長及性 能的影響53-653.1引言533.2銅催化劑的制備53-573.3Cu基碳納米管 的制備及表征57-603.4碳管場發(fā)射性能603.5結(jié)果討論60-613.6本章 小結(jié)61-63參考文獻63-65第四章緩沖層鉻膜對銅基 CNT膜生長及 場發(fā)射性能的影響65-754.1引言654.2催化劑制備及退火溫度

7、對其影 響65-674.3碳納米管的制備及形貌研究67-704.4場發(fā)射特性研究及 討論70-714.5本章小結(jié)71-72參考文獻72-75第五章CUCR合金催化 劑對生長大電流CNT膜的影響75-885.1引言755.2CuCr合金催化劑 的制備75-765.3CuCr合金催化劑的XPS分析76-795.4合金催化劑中 Cu含量對碳納米管生長的影響79-825.5不同CNT的場發(fā)射特性研究 82-835.6結(jié)果討論與小結(jié)83-85參考文獻85-88第六章銅基螺旋型yiT論女第表站涼CNT膜的制備及場發(fā)射性能88-996.1引言886.2催化劑及CNT的制備88-896.3制備工藝對催化劑與 CNT形貌的影響89-956.4本章小結(jié)95-96參考文獻96-99第七章銅基直立碳納米管的制備及場發(fā)射性能研究99-1117.1引言99-1017.2催化劑與CNT的制備101-10