金刚石银复合材料：制备、电泳沉积及场发射性能研究.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 2期 液 晶 与 显 示 V0L22，N0．2 2007年 4月 ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplays Apr．，2007 文章编号 ：1007—2780(2007)02—0134—06 金刚石 复合材料 ：制备、电泳沉积及场发射性能研究 曾乐勇h，王维彪H，梁静秋。，夏玉学 雷 达h，陈 松 ，刘丽丽 ，赵海峰 ，任新光 (1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激发态物理重点实验室，吉林 长春 130033； 2．中国科学 院 研究生院，北京 100049； 3．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033； 4．沈阳师范大学 物理科学与技术学院 ．辽宁 沈 阳 110034) 摘 要 ：采用化学镀银的方法，制备了银包覆的金刚石复合材料，并利用场发射扫描 电子显 微镜 (FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼 (Raman)光谱对样品的形貌和微结构进行了表 征。利用 电泳沉积的方法 ，制备了均匀的金刚石 ／银复合材料薄膜，场发射测试结果表明，在 22V／m 的电场下，金刚石 ／银复合材料的发射 电流密度可达 23．7~A／cm2；而在 26V／m 的电场下，高压金刚石薄膜的发射 电流密度仅为 0．2~A／cm。。与高压金刚石薄膜的场发射 结果相 比，金刚石 ／银复合材料的场发射性能有明显的提高。银的存在使银与金刚石界面处 形成 电子发射 区，在外加 电场作用下，该区域 电子优先隧穿表面势垒逸出到真空，形成场致电 子发射 。 关 键 词 ：场发射 ；金刚石 ；银 中图分类号 ：0462．4 文献标识码 ：A CVD外延生长纳米金刚石膜也能有效改善金刚 1 引 言 石的场发射 。金刚石的N 型掺杂也是有效改 金刚石是重要 的场发射冷阴极材料 ，它具有 善金刚石薄膜场发射特性的方法之一 ，但是 ，金刚 极高的硬度 、化学稳定性和良好 的导热性 ，特别是 石具有很宽的带隙(约为 5eV)，要想实现金刚石 其表面低电子亲合势使金刚石薄膜在很低的场发 内部的有效掺杂 ，十分 困难。一些研究者认为通 射阈值 电场下便能产生发射电流 。然而，高质量 过金刚石表面包覆金属 ，是改善金刚石场发射性 的金刚石薄膜具有很高的电阻率，近乎绝缘，其场 能的简单而有效的方法n 。 发射性能很差 ]。有关金刚石场发射及其机理的 本文采用化学镀银 的方法 ，在高压合成金刚 研究有很多，有些研究者认为金刚石 的场发射来 石微粒表面包覆了颗粒大小在 5O～100nm 左右 自于内部石墨相的存在 ]，也有研究者认为金刚 的银纳米粒子，制备成金刚石／银复合材料 ；并利 石的场 发射来 自于 金刚 石 中其 他缺 陷或 杂 用电泳方法 ，沉积 了均匀的金刚石 ／银复合材料薄 质 ]，还有研究者认为金刚石 的场发射应该归 膜。用 SEM、XRD和 Raman光谱表征 了金刚 石／银复合材料的形貌和微结构 ；在超高真空环境 功于金刚石表面的纳米 凸起或者其表面态 的作 中，利用场发射测试系统对金刚石／银复合材料薄