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近年来,纳米科技几乎成为了最热门的研究领域。而目前纳米团簇因其在团簇自组装材料中所表现出的奇异性质也扮演了极为重要的角色。
氮化硼(BN)作为一种宽带隙半导体材料,以其极好的化学稳定性、超强的硬度和良好的热传导性能,正越来越被人们所重视。尤其在被发现具有负的电子亲和势后,其在场发射领域的应用也成为了可能。
我们在UHV-CBS(超高真空团簇束流系统)上,利用LECBD(低能团簇束流淀积)方法成功制备了由团簇组装的BN纳米薄膜(团簇膜)。为了对比,我们还采用高频磁控溅射制备了一批普通BN纳米薄膜(普通膜)。采用SEM和TEM分析,发现两种膜都是非晶的无定形结构,但在表面形貌上团簇膜具有较高的纳米尺度的粗糙。紫外可见光吸收测量分析结果给出了,BN纳米薄膜的带隙为约4.3eV。
我们发现LECBD方法确实大大改善了BN薄膜的场发射性能,而这在以前的文献上是没有报导过的。首先,我们在研究普通:BN薄膜材料的在场发射过程中发现可能存在一个场发射体激活的过程。对其的分析暗示了我们,纳米级别的凸起充当了发射体。因此,我们认为在纳米级别上更为粗糙的团簇膜应该具有更好的发射性能。而之后的实验证实了这一设想,并得到了比较好的结果。通过F-N plot分析,得到团簇膜相比于普通膜具有低的发射阈值电压(7.14v/μm对14.2V/μm)和大得多的场发射增强因子(371对67.1)。这一结果即使与目前很热门的碳纳米管阵列相比也并不逊色(S.H.Jo et a1 Appl.Phys.Lett.2004 84(3)413)。所以,通过团簇束流方法得到的在n型Si衬底上的BN纳米薄膜作为一种场发射阴极材料,具有十分好的应用前景。