《內電場驅動下石墨烯表面電子發射特性的實驗研究》是依託北京大學，由魏賢龍擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內電場驅動下石墨烯表面電子發射特性的實驗研究
- 項目負責人：魏賢龍
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米材料的電子發射特性雖然被廣泛地研究，但之前的研究主要關注碳納米管等一維納米材料尖端和石墨烯等二維納米材料邊緣的場電子發射，二維納米材料表面電子發射的研究國內外還很少有報導。本項目擬致力於實驗研究單片石墨烯表面，而非邊緣，的電子發射，特別涉及給石墨烯施加內電壓/電場使得電子從其表面發射出來的電子發射形式。相比於之前所研究的電子發射，石墨烯表面的電子發射具有兩個特點：（1）材料中的電子沿發射方向被限制在一個量子阱中，（2）材料中所有電子時刻處於發射邊界。這兩個特點將會顯著影響材料的電子發射特性，因此石墨烯表面電子發射將具有不同於我們已知電子發射規律的新規律。本項目將深入探索石墨烯表面電子發射的規律，並基於石墨烯表面電子發射探索同時具有低工作溫度和低工作電壓，以及具有很好的可控性和可重複性的新型電子源，以克服目前納米材料場發射源在實際套用中所遇到的技術障礙。
結題摘要
相比於此前被廣泛研究的石墨烯邊緣場電子發射，石墨烯表面的電子發射具有兩個特點：（1）材料中的電子沿發射方向被限制在一個量子阱中，（2）材料中所有電子時刻處於發射邊界。這兩個特點將會顯著影響材料的電子發射特性，因此石墨烯表面電子發射將具有不同於我們已知電子發射規律的新規律，並有可能發展出新型電子源。本項目主要研究了以下內容：（1）石墨烯表面電子發射結構的製備和加工，（2）石墨烯在內電場驅動下表面電子發射的測試方法和電子發射特性，（3）石墨烯在內電場驅動下表面電子發射特性的影響因素，（4）基於石墨烯表面電子發射的新型電子源和真空電子器件。圍繞以上研究內容，本項目取得了如下研究成果：（1）發展了石墨烯表面電子發射結構的微加工方法，加工出單層及多層石墨烯表面電子發射的器件結構；（2）發展了石墨烯在內電場驅動下表面電子發射特性的測試方法，獲得石墨烯表面電子發射的開啟電壓、發射電流、電流密度、發射效率、回響時間、可穩定工作真空度等重要性能參數；（3）獲得了石墨烯表面電子發射特性與石墨烯層數、幾何尺寸、襯底、缺陷的關係；（4）基於石墨烯表面電子發射發展出一種新型on-chip微型電子源並實現電子源的陣列集成，該新型微型電子源具有開啟電壓低（~3V）、回響時間快（＜1us）、工作真空要求低（~0.0001 Pa）、發射電流可大幅柵調製（6個量級）、可控性好、可陣列集成等優點；基於石墨烯微型電子源進一步提出並實現一種新結構的微型真空三極體，其開關比達到6個量級、壓閾值擺幅為120mV/dec、工作電壓小於10V。相關研究成果對於深入理解石墨烯等二維納米材料在內電場驅動下表面電子發射規律具有重要的意義，石墨烯微型電子源還開闢了一個實現高性能on-chip微型電子源和微型真空電子器件的新途徑。
