新型自匯聚場發射電子源的理論模擬與實驗研究

《新型自匯聚場發射電子源的理論模擬與實驗研究》是依託中國海洋大學，由李春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型自匯聚場發射電子源的理論模擬與實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李春
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

場發射顯示器件面臨的一個基本問題是場發射電子束的發散，目前採用聚焦電極（即第四電極，另外三個電極為陰極、柵極、陽極）控制電子束的發散，導致場發射電子源結構複雜、場發射效率低下。本項目以獲得具有自主智慧財產權的場發射電子源為目標，研究設計新型場發射電子源結構，利用柵極與陽極產生的電場控制場發射電子的運動軌跡，使電子向中心匯聚，從而無需聚焦電極即可降低甚至消除電子束的發散，簡化場發射電子源的結構；本項目擬以薄導電膜及碳納米管為場發射陰極，深入研究電場分布與電子運動軌跡的關係，並結合薄導電膜和碳納米管的場發射特性，通過理論模擬和實驗研究，最佳化場發射電子源參數，簡化器件結構與製備工藝，研製電子束髮散小、結構簡單、場發射效率高的新型場發射電子源，為開發具有自主智慧財產權的場發射顯示器件奠定基礎。初步的理論模擬結果表明無需聚焦電極且電子束髮散小的新型場發射電子源是可行的。

結題摘要

場發射在冷陰極平板顯示、X射線源、真空微納電子系統和小型微波發生器等方面的研究受到了科研人員的高度重視。在冷陰極平板顯示領域，電子源結構和陰極材料的研究處於核心地位。對於電子源結構，本項目設計了一種新型自匯聚場發射電子源，採用平面柵極結構，即柵極置於中央，被陰極所包圍，場發射陰極材料放置於柵極和陰極之間，利用柵極與陽極產生的電場控制場發射電子的軌跡，使電子向中心匯聚，降低電子束髮散，簡化了場發射電子源的結構。首先在理論上，利用有限元方法，研究了柵極的大小、柵極與陰極間隙、陰極結構等場發射電子源結構參數和柵極電壓、陽極電壓等電參數以及場發射材料的結構和種類對電子源中電場分布和電子束髮散的影響，結果表明，通過調整結構參數和電參數可以降低電子束的發散；增加場發射材料的相對介電常數和降低納米陣列材料的陣列間距同樣可以影響電子源中電場分布從而降低電子束的發散，因此，為實驗研究提供了理論基礎。對於陰極材料，本項目從理論和實驗上對其場發射性能進行了深入研究。功函式是影響材料場發射性能的重要參量，利用第一性原理，研究了吸附鹼金屬對於碳納米管功函式的影響。結果表明，碳納米管吸附鹼金屬原子後，功函式明顯降低，並且碳納米管的功函式可以採用吸附不同的鹼金屬原子來進行調節。功函式的降低主要來自吸附鹼金屬後碳納米管與鹼金屬原子間電荷轉移，這使得碳納米管費米能級有所提高。實驗上製備了多種納米材料，研究了其場發射性能。在對電子源結構和陰極材料的理論和實驗研究的基礎上，製備了自匯聚型場發射電子源，並對其場發射性能進行研究。本項目在研究過程中所獲得的原創性成果，具有較高的理論價值和良好的套用前景,為開發具有自主智慧財產權的場發射顯示器件奠定了基礎。