场发射电子源是一种冷阴极电子源,在很多领域都有重要应用,如平板显示器,多电子束平版印刷,微推进,射频源,信息存储技术和电子制冷等。金刚石和类金刚石薄膜由于具有负的表面电子亲和势,被认为可以在冷阴极器件中作为电子源,其场发射特性受到广泛关注。 最近几年,利用化学气相沉积和物理气相沉积方法制备出了数种金刚石和类金刚石薄膜,但这些制备方法都要求制备过程中很高的衬底温度,化学气相沉积一般要求200-400℃,物理气相沉积一般要求600-900℃。从薄膜应用的角度来看,迫切需要降低衬底温度以减小薄膜内应力和避免对低熔点衬底的损伤。 本文主要研究利用电化学沉积制备类金刚石薄膜以及对沉积类金刚石薄膜场发射特性的检测和分析。 在常压下,通过控制反应条件(电压和温度)电解甲醇溶液在硅衬底沉积类金刚石薄膜。通过FTIR和SEM检测薄膜的微结构、表面形态和化学组分。结果表明样品是氢化的类金刚石薄膜,含有sp~2和sp~3碳。 场发射特性的检测采用二极管式结构。在测试中发现需要将外加电压缓慢上升几次以达到发射电流的重复稳定。这种“训练”过程往往伴随着薄膜表面形态的改变。 在电路中,电子从负极出发到达薄膜表面,并穿越表面势垒被发射到真空的过程中,有数种不同机制对电流作用,如FN理论,肖特基发射,SCLC效应以及SCLC+PF效应等。通过对发射电流的Ⅰ-Ⅴ关系做仔细的数学分析,可以对液相制备的类金刚石薄膜的电子传导和发射机制有一个深入了解。