纳米金刚石的变温场发射

杨延宁; 张志勇; 张富春; 张威虎; 闫军锋; 翟春雪

doi:10.7498/aps.59.2666

摘要

研究了温度变化对沉积在钛基底上的纳米金刚石的场发射特性的影响，发现纳米金刚石场发射电流随温度和电场的升高而增大，场发射特性偏离了传统的Fowler-Nordheim理论，场发射电流的稳定性基本没有变化.分析了场发射电流增大的机理，表明是由于纳米金刚石的尺度效应以及外电场下金刚石产生了大量的热载流子共同作用的结果.研究还表明基底钛在温度升高到一定程度后，在外加电场下会有较大的电流产生，对场发射造成较大的影响，表明基底钛具有一定的温度敏感性和电压敏感性.

关键词:

Abstract

The field emission characteristics of nano-diamond deposited on titanium substrate at various temperatures are studied. It was found that the emission current increases with increase of temperature and electric field，while the stability of the emission current basically does not change. The field emission characteristic deviates from classic Fowler-Nordheim theory. The mechanism of the emission current at different temperatures is analyzed. It may be due to the combined action of scale effect of the nano-diamond and masses of hot carrier produced by nano-diamonds in external electric field. In addition，the research indicates that larger current can be generated after titanium substrates being heated up to a certain degree in external electric field, which can have large effect on field emission，showing that the titanium substrate has a certain degree of temperature sensitivity and voltage sensitivity.

Keywords:

作者及机构信息

(1)西北大学光子学与光子技术研究所，光电子技术陕西省重点实验室，西安 710069; (2)西北大学光子学与光子技术研究所，光电子技术陕西省重点实验室，西安 710069；延安大学物理与电子信息学院，延安 716000; (3)延安大学物理与电子信息学院，延安 716000; (4)延安大学物理与电子信息学院，延安 716000；中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710068

基金项目: 陕西省自然科学基金（批准号：2005F39）和美国应用材料创新基金（批准号：AM07012）资助的课题.

Authors and contacts

(1)西北大学光子学与光子技术研究所，光电子技术陕西省重点实验室，西安 710069; (2)西北大学光子学与光子技术研究所，光电子技术陕西省重点实验室，西安 710069；延安大学物理与电子信息学院，延安 716000; (3)延安大学物理与电子信息学院，延安 716000; (4)延安大学物理与电子信息学院，延安 716000；中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710068

参考文献

[1]	［1］Zhu W 1998 Scienc 282 1471
[2]	［2］Lee Y C，Debabrata P 2005 Diam. Relat. Mater.14 2055
[3]	［3］Roos M，Baranauskas V，Fontana M 2007 Appl. Surf. Sci. 253 7381
[4]	［4］Koeck F A M，Nemanich R J 2006 Diam. Relat. Mater.15 217
[5]	［5］Xue Z Q，Wu Q D 1993 Electron Emission and Electron Energy Distribution (Beijing: Peking University Press) p71 (in Chinese) ［薛增泉、吴全德 1993 电子发射与电子能谱（北京：北京大学出版社）第71页］
[6]	［6］Tan C M，Jia J J，Yu W B 2005 Appl. Phys. Lett. 86 263104
[7]	［7］Guo D B，Yuan G，Song C H，Gu C Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 4667 (in Chinese) ［郭大勃、元光、宋翠华、顾长志 2008 56 466
[8]	［8］Ristein J 2000 Diam. Relat. Mater. 9 1129
[9]	［9］Qian K Y 2004 Mater. Rev. 18 12 (in Chinese) ［钱开友 2004 材料导报 18 12］
[10]	］Nottingham W B 1941 Phys. Rev. 59 889
[11]	］Jiang T F，Tian S K，Zeng B Q 2006 J. Univ. Electron. Sci. Technol. Chin. 35 784 （in Chinese）［江天府、田时开、曾葆清 2006 电子科技大学学报 35 784］
[12]	］Li X B，Tang D W，Zhu J 2008 J. Grad. Sch. Chin. Acad. Sci. 25 598 (in Chinese) ［李小波、唐大伟、祝捷 2008 中国科学院研究生院学报 25 59
[13]	］［13］Wu G Q，Kong X R，Sun Z W 2006 J. Astronaut. 27 751 (in Chinese) ［吴国强、孔宪仁、孙兆伟 2006 宇航学报 27 751］
[14]	］Tang Z A，Wang L D 2001 Opt. Prec. Engng. 9 495 （in Chinese）［唐祯安、王立鼎 2001 光学精密工程 9 495］
[15]	］Palosz B，Pantea C，Grzanka E 2006 Diam. Relat. Mater. 2006 15 1813
[16]	］Liu E K，Zhu B S，Luo J S 1994 Semiconductor Physics (Beijing: Defense Industrys Press) p296 (in Chinese) ［刘恩科、朱秉升、罗晋生 1994 半导体物理学（北京：国防工业出版社）第296页］
[17]	］Chen J，Deng S Z，Chen J，She J C，Xu N S 2003 J. Appl. Phys. 94 5429
[18]	］Hu M，Qing Y X 2008 Acta Phys. Sin. 57 3698 （in Chinese）［胡明、秦玉香2008 57 3698］
[19]	］Dou Y，Gu C Z，Guo D B，Song H，Yuan G 2007 Acta Phys. Sin. 56 143 （in Chinese）［窦艳、顾长志、郭大勃、宋航、元光 2007 56 143］
[20]	］Xie W G，Chen J，Ming W W，Chen J，Zhou J，Deng S Z，Xu N S 2008 J. Vac. Sci. Technol. B 26 1321

施引文献

[1]	［1］Zhu W 1998 Scienc 282 1471
[2]	［2］Lee Y C，Debabrata P 2005 Diam. Relat. Mater.14 2055
[3]	［3］Roos M，Baranauskas V，Fontana M 2007 Appl. Surf. Sci. 253 7381
[4]	［4］Koeck F A M，Nemanich R J 2006 Diam. Relat. Mater.15 217
[5]	［5］Xue Z Q，Wu Q D 1993 Electron Emission and Electron Energy Distribution (Beijing: Peking University Press) p71 (in Chinese) ［薛增泉、吴全德 1993 电子发射与电子能谱（北京：北京大学出版社）第71页］
[6]	［6］Tan C M，Jia J J，Yu W B 2005 Appl. Phys. Lett. 86 263104
[7]	［7］Guo D B，Yuan G，Song C H，Gu C Z 2007 Acta Phys. Sin. 56 4667 (in Chinese) ［郭大勃、元光、宋翠华、顾长志 2008 56 466
[8]	［8］Ristein J 2000 Diam. Relat. Mater. 9 1129
[9]	［9］Qian K Y 2004 Mater. Rev. 18 12 (in Chinese) ［钱开友 2004 材料导报 18 12］
[10]	］Nottingham W B 1941 Phys. Rev. 59 889
[11]	］Jiang T F，Tian S K，Zeng B Q 2006 J. Univ. Electron. Sci. Technol. Chin. 35 784 （in Chinese）［江天府、田时开、曾葆清 2006 电子科技大学学报 35 784］
[12]	］Li X B，Tang D W，Zhu J 2008 J. Grad. Sch. Chin. Acad. Sci. 25 598 (in Chinese) ［李小波、唐大伟、祝捷 2008 中国科学院研究生院学报 25 59
[13]	］［13］Wu G Q，Kong X R，Sun Z W 2006 J. Astronaut. 27 751 (in Chinese) ［吴国强、孔宪仁、孙兆伟 2006 宇航学报 27 751］
[14]	］Tang Z A，Wang L D 2001 Opt. Prec. Engng. 9 495 （in Chinese）［唐祯安、王立鼎 2001 光学精密工程 9 495］
[15]	］Palosz B，Pantea C，Grzanka E 2006 Diam. Relat. Mater. 2006 15 1813
[16]	］Liu E K，Zhu B S，Luo J S 1994 Semiconductor Physics (Beijing: Defense Industrys Press) p296 (in Chinese) ［刘恩科、朱秉升、罗晋生 1994 半导体物理学（北京：国防工业出版社）第296页］
[17]	］Chen J，Deng S Z，Chen J，She J C，Xu N S 2003 J. Appl. Phys. 94 5429
[18]	］Hu M，Qing Y X 2008 Acta Phys. Sin. 57 3698 （in Chinese）［胡明、秦玉香2008 57 3698］
[19]	］Dou Y，Gu C Z，Guo D B，Song H，Yuan G 2007 Acta Phys. Sin. 56 143 （in Chinese）［窦艳、顾长志、郭大勃、宋航、元光 2007 56 143］
[20]	］Xie W G，Chen J，Ming W W，Chen J，Zhou J，Deng S Z，Xu N S 2008 J. Vac. Sci. Technol. B 26 1321

[1]	周航, 郑齐文, 崔江维, 余学峰, 郭旗, 任迪远, 余德昭, 苏丹丹. 总剂量效应致0.13m部分耗尽绝缘体上硅N型金属氧化物半导体场效应晶体管热载流子增强效应. , 2016, 65(9): 096104. doi: 10.7498/aps.65.096104
[2]	叶芸, 陈填源, 郭太良, 蒋亚东. 磁场辅助热处理金属化碳纳米管场发射性能. , 2014, 63(8): 086802. doi: 10.7498/aps.63.086802
[3]	陈程程, 刘立英, 王如志, 宋雪梅, 王波, 严辉. 不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究. , 2013, 62(17): 177701. doi: 10.7498/aps.62.177701
[4]	吕文辉, 张帅. 接触电阻对碳纳米管场发射的影响. , 2012, 61(1): 018801. doi: 10.7498/aps.61.018801
[5]	张培增, 李瑞山, 谢二庆, 杨华, 王璇, 王涛, 冯有才. 电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究. , 2012, 61(8): 088101. doi: 10.7498/aps.61.088101
[6]	游海龙, 蓝建春, 范菊平, 贾新章, 查薇. 高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究. , 2012, 61(10): 108501. doi: 10.7498/aps.61.108501
[7]	王马华, 朱汉青, 朱光平. 水热法制备注射器样纳米氧化锌场发射特性的研究. , 2011, 60(7): 077305. doi: 10.7498/aps.60.077305
[8]	秦玉香, 胡明. 钛碳化物改性碳纳米管的场发射性能. , 2008, 57(6): 3698-3702. doi: 10.7498/aps.57.3698
[9]	郑新亮, 李广山, 钟寿仙, 田进寿, 李振红, 任兆玉. 激光烧蚀对碳纳米管薄膜场发射性能的影响. , 2008, 57(12): 7912-7918. doi: 10.7498/aps.57.7912
[10]	王新庆, 李良, 褚宁杰, 金红晓, 葛洪良. 纳米碳管阵列场发射电流密度的理论数值优化. , 2008, 57(11): 7173-7177. doi: 10.7498/aps.57.7173
[11]	刘宇安, 杜磊, 包军林. 金属氧化物半导体场效应管热载流子退化的1/fγ噪声相关性研究. , 2008, 57(4): 2468-2475. doi: 10.7498/aps.57.2468
[12]	元光, 郭大勃, 顾长志, 窦艳, 宋航. 单颗粒CVD金刚石的场发射. , 2007, 56(1): 143-146. doi: 10.7498/aps.56.143
[13]	胡利勤, 林志贤, 郭太良, 姚亮, 王晶晶, 杨春建, 张永爱, 郑可炉. 取向和非取向In2O3纳米线的场发射研究. , 2006, 55(11): 6136-6140. doi: 10.7498/aps.55.6136
[14]	罗敏, 王新庆, 葛洪良, 王淼, 徐亚伯, 陈强, 李利培, 陈磊, 管高飞, 夏娟, 江丰. 排列形状及阵列数目对纳米导线阵列场发射性能的影响. , 2006, 55(11): 6061-6067. doi: 10.7498/aps.55.6061
[15]	李强, 梁二军. 碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究. , 2005, 54(12): 5931-5936. doi: 10.7498/aps.54.5931
[16]	王新庆, 王淼, 李振华, 杨兵, 王凤飞, 何丕模, 徐亚伯. 单根纳米导线场发射增强因子的计算. , 2005, 54(3): 1347-1351. doi: 10.7498/aps.54.1347
[17]	李海钧, 顾长志, 窦艳, 李俊杰. 单根准直碳纳米纤维的场发射特性. , 2004, 53(7): 2258-2262. doi: 10.7498/aps.53.2258
[18]	宋教花, 张耿民, 张兆祥, 孙明岩, 薛增泉. 多壁碳纳米管阵列场发射研究. , 2004, 53(12): 4392-4397. doi: 10.7498/aps.53.4392
[19]	张兆祥, 张耿民, 侯士敏, 张浩, 顾镇南, 刘惟敏, 赵兴钰, 薛增泉. 利用场发射显微镜研究O2对单壁碳纳米管场发射的影响. , 2003, 52(5): 1282-1286. doi: 10.7498/aps.52.1282
[20]	孙建平, 张兆祥, 侯士敏, 赵兴钰, 施祖进, 顾镇南, 刘惟敏, 薛增泉. 用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射. , 2001, 50(9): 1805-1809. doi: 10.7498/aps.50.1805

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