【摘 要】
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当前场致发射材料研究的热点主要有半导体硅、金刚石薄膜以及碳纳米管等。Si-TaSi2共晶自生复合材料作为半导体金属共晶材料(SME)之一,具有较低的功函数、良好的电传输特性和
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当前场致发射材料研究的热点主要有半导体硅、金刚石薄膜以及碳纳米管等。Si-TaSi2共晶自生复合材料作为半导体金属共晶材料(SME)之一,具有较低的功函数、良好的电传输特性和自生肖特基结等特点,被认为是具有良好的应用前景的场发射材料之一。本文采用电子束区熔(EBFZM)定向凝固技术制备Si-TaSi2共晶自生复合场发射材料。借助金相技术、电镜技术、图象处理技术等多种分析测试手段,考察了Si-TaSi2共晶定向凝固组织演化规律和Si-TaSi2共晶自生复合材料的场发射性能。 首先研究了不同的凝固速率下制得的Si-TaSi2自生复合材料的凝固组织特征,随着凝固速率的增大,组织明显得到细化:TaSi2纤维的直径d变小,纤维间距λ变小,与此同时面密度Nr增大,体积分数V%增大;采用波谱分析和金相分析的方法对共晶体中相的组成进行了研究:在透射电镜上进行选区电子衍射,明确了Si基体和TaSi2纤维之间的位相关系为【011】Si//[0001】TaSi2。(022)Si//(012 0)TaSi2;采用零功率法固定试样凝固过程中的固液界面,得到了固液界面的演化规律,即随着凝固速率的增大,固液界面经历从平界面→胞状界面→平界面的演化过程。并对小平面相/非小平面相的共生动力学和TaSi2相的小平面-非小平面转变机理进行了研究。 依据选择性刻蚀原理,探索了Si基尖锥形TaSi2场发射阵列的制作工艺,并测试了样品的场发射性能,初步明确了材料性能、凝固组织、工艺参数之间的关系。
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