《AlN納米陣列的定位生長及其場發射特性的最佳化研究》是依託湖北大學，由胡明哲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：AlN納米陣列的定位生長及其場發射特性的最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡明哲
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
AlN一維納米陣列以其大的場致增強因子和負的電子親和勢等優勢在場發射平板顯示器(FED) 等領域具有重要的潛在套用價值。但目前所製備的AlN納米陣列由於線與線之間過小的間距所引發的場發射禁止效應阻礙了其場發射效率的進一步提高。針對這一問題，本項目提出採用化學氣相沉積（CVD）法，在預圖案的Si基片上來定位生長AlN納米陣列，以預圖案Si基片上的點陣間距來控制AlN納米陣列的間距，從而最佳化其場發射特性。預圖案Si基片的製備採用反應離子刻蝕（RIE）技術，把氧化鋁（AAO）掩模板上的孔圖案均勻地傳遞到Si基片上，形成間距可調的Si納米孔陣列。然後，在其中填充Au作為CVD時的自發優先形核中心，從而調控AlN陣列的間距。本項目的實施將進一步提高AlN納米陣列做為場發射陰極的發射效率，並為其在FED等領域的產業化提供材料和技術方面的準備與指導。
結題摘要
本項目經過3年研究，在如下方面取得了進展： 1、製備了納米尺寸精確可調的AAO模板，並以其為掩膜，用RIE技術刻蝕Si基片，製備了孔徑和孔間距獨立可調的Si納米孔陣列基片。採用氣液界面自組裝二維膠體晶體PS為模板，並製備了基於Si片的PS模板，並利用此模板採用磁控濺射製備了Au納米顆粒點陣催化劑。 2. ZnO一維納米結構的製備、結構與性能調控：採用水熱法，在PS膠體晶體模板的條件下製備了不同陣列密度的ZnO納米棒陣列，同時通過控制反應時間製備了不同長徑比的ZnO納米棒陣列。通過真空場發射系統的測試，發現使用PS膠體晶體模板的ZnO納米陣列的場發射禁止效應明顯減小，場發射增強因子β提高了105%。我們進一步採用Ti摻雜調控了ZnO一維高度有序納米陣列的能帶結構，結果表明：Ti摻雜可有效調節ZnO能帶結構，減小其功函式，3wt%的Ti摻雜可進一步提高ZnO場發射增強因子70%，達到1970，開啟電壓降低至3.2V/µm。 3. 採用NH3做氮源，無水氯化鋁做鋁源，在600~800℃下用NH3/N2混合氣（37sccm）在藍寶石及Si襯底上製備了AlN納米陣列。上述襯底採用PS膠晶模板並向其中填入SiO2的溶膠凝膠形成預圖案襯底。通過溫度等工藝參數的調控，包括生長溫度、NH3載氣流量、反應時間、氯化鋁的量及源與襯底的距離等，製備了定位生長的AlN納米陣列，並研究了AlN納米結構的XRD圖譜、SEM、TEM形貌、PL光譜和Raman光譜和場發射特性。結果表明AlN與矽襯底之間有很強的內應力，這都是由界面之間的缺陷造成的。隨著溫度的升高，AlN納米結構的PL峰半高寬會按照納米花、納米棒Ⅰ和納米棒Ⅱ額順序依次減少。這意味著納米結構的結晶性隨溫度的升高而改善。並且，由於量子限制效應，當晶體尺寸變大時，PL譜的峰位出現紅移現象。場發射特性表明，AlN納米棒Ⅱ陣列的場發射開啟電壓14.84V/µm，場發射增強因子β為4550。Ehrlich–Schwoebel勢壘模型表明，AlN納米陣列的生長過程遵從氣固生長機理，最先開始呈島狀，島狀尺寸大小與表面能有密切的關係。當溫度升高后，ES勢壘減小，原子的有效擴散長度增大，導致納米棒的直徑增加。
