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场致发射显示器(FED)是一种新型的平板显示器件,具有功耗低、高亮度、高分辨率、工作环境适应性好等优点。场发射阴极材料(FEA)是FED技术研究的重点,其场发射性能直接决定了FED的性能。一维ZnO材料由于其阵列制备成本低,并且有很大的长径比和纳米量级的曲率半径,是一种得到广泛研究的场发射阴极材料。但因本征ZnO导电能力较差,制约了其场发射性能,因此本课题以提高ZnO纳米阵列的场发射能力为研究目标,在合理控制ZnO纳米阵列的密度、尖端形貌的同时对ZnO进行Al掺杂,增强ZnO纳米阵列的导电能力,提高ZnO纳米阵列的场发射电流密度,满足FED对阴极材料发射能力的要求。本课题通过水热法在硅基片成功制备出Al掺杂ZnO纳米线阵列,并研究其场发射性能,主要研究内容和结果如下:1.利用磁控溅射制备ZnO籽晶层,得出ZnO薄膜的沉积速率为18nm/min,薄膜厚度均匀性较佳,并获得了最佳的磁控溅射工艺参数。2.采用水热反应法制备无掺杂ZnO纳米线,得到最佳的水热反应工艺参数为:溶液浓度0.025M,生长时间4小时,溅射时间30~45s。3.利用晶种生长法制备出直径尺寸小于50nm的ZnO纳米阵列,进行场发射性能测试,得到其开启电场为5.2V/μm,最大电流密度为243μA/cm2。4.不同溶液浓度制备的ZnO纳米线场发射性能测试表明,高浓度虽然可以增加有效场发射面积,但这种面积的增加不足以抵消场屏蔽效应带来的性能下降,浓度越高的样品场发射性能越差。5.通过水热法成功制备出Al掺杂ZnO纳米线,纳米线沿c轴(002)晶向择优取向生长,平均直径为50nm。对Al掺杂ZnO纳米线进行场发射性能测试,得到Al掺杂浓度为4at%时纳米线的场发射性能最好,最大电流密度为4.7mA/cm2,满足小尺寸FED的需求,开启电场为0.65 V/μm,阈值电场为6.7 V/μm,场增强因子是1834。研究表明,Al掺杂可以有效提高ZnO纳米阵列的场发射性能,这为拓展一维ZnO纳米阵列在FED领域的应用提供了新的途径。