电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜-表面技术.PDF

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电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜-表面技术.PDF

第46 卷 第 8 期 表面技术 2017 年8 月 SURFACE TECHNOLOGY ·145 · 表面强化及功能化 电磁场辅助 HFCVD 制备高场发射性能薄膜 李嘉馨 a ,蒋云露 a ,胡乃修 a ,王一佳 a ,魏秋平 a,b , a,b a,b b 余志明 ,马莉 ,周科朝 (中南大学 a.材料科学与工程学院 b.粉末冶金研究所,长沙 410083) 摘 要: 目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法 在热丝化学气相沉积(HFCVD )技术的基础上,针对不 同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不 同组织结构的薄膜。采用SEM 观察薄膜的表面形貌,用Raman 检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征 薄膜的场发射性能。结果 外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD 沉积过程。磁场的主要作用是 3 2 降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp 相向 sp 相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径 比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm ,加入电场或电磁耦合场后, 薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm ,场发射性能提高。甲烷浓度为5% 时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm 依次下降为 11.5、9 V/μm ,电磁耦合场的刻蚀作 用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm ),场发射性能最好。结论 采用外 场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD 的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时, 不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。 关键词:化学气相沉积;电磁耦合场;金刚石;石墨;纳米尖锥;场致电子发射 中图分类号:TG174.444 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2017)08-0145-08 DOI :10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.08.024 Carbon Films of High Field Emission Properties Farbricated by Electromagnetic Field Assisted by HFCVD a a a a a,b LI Jia-xin , JIANG Yun-lu , HU Nai-xiu , WANG Yi-jia , WEI Qiu-ping , YU Zhi-minga,b, MA Lia,b, ZHOU Ke-chaob (a.School of Materials Science and Engineering, b.State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China) ABSTRACT: The work aims to improve field emission properties of carbon films. By taking advantage of hot f

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