论文部分内容阅读
氮化硼(BN)是一种十分重要宽带隙Ⅲ族氮化物半导体材料，具备如高热导率、高熔点、高载流子迁移率、高电击穿强度、高电子漂移饱和速度等系列优异的物理化学性能，在发展高温、高频、高功率、抗腐蚀的新一代微电子器件方面有广泛应用。此外，BN因具有稳定的物理化学性质和负的电子亲和势，是一种很有前途的场发射阴极材料。因此，BN在场发射及微电器件研究领域，如场发射平板显示器、紫外光探测器及场效应传感器等方面受到了广泛关注。高质量的低维BN纳米结构是研究开发新型BN基纳米场发射器件的重要基础。基于以上因素，本文对BN纳米结构的制备及其场发射性能进行了研究，一些有意义的研究进展如下: 1.利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备，以B2O3为硼源，电离氮气(N2)及氢气(H2)取代氨气(NH3)为氮源，在Au和金属氧化物两类催化剂条件下制备出了BN纳米结构。XRD及FTIR光谱测试分析表明制备出的BN主要为六方结构，利用X射线场发射子能谱(XPS)对纳米线的成分进行分析，结果表明纳米线确实为BN纳米线。研究结果表明:a）、在Au膜催化制备BN纳米结构材料时，预Au膜厚度约为15nm时所制备的纳米线质量及形貌相对较好，纳米线直径约为50nm，长约十几微米，实验产物中有h-BN和c-BN多种相结构;b）、在MgO和Fe2O3混合氧化物作催化剂方式时研制得BN纳米线，进一步研究发现工艺参数对BN纳米线形貌与结构有着显著的影响。结果表明:实验温度对纳米线质量起着重要作用，实验结果表明在B2O3∶MgO∶Fe2O3比位2∶1∶1，1000℃，60w条件下即可获得较高质量的BN纳米线，所制备纳米线主要是含有h-BN小晶体的非晶态相结构。 2.采用激光脉冲沉积(PLD)系统制备BN纳米薄膜，通过调节反应气压和生长时间对薄膜进行结构调控，并对其进行了微结构表征及场发射性能测试分析。实验结果表明，随着反应气压的提高，BN纳米薄膜表面附着颗粒尺寸越来越大，在反应气压1Pa时，薄膜表面形貌最好，制得BN纳米薄膜厚度随生长时间的增加呈现增大趋势。在生长时间为30min时薄膜厚度大概在200nm，纳米薄膜主要为非晶结构，在其内部含有一些h-BN小晶粒。 3.本章中对利用PLD和PECVD系统制备的部分样品进行了场发射(FE)。研究结果表明具有含有多相微晶成分的非晶BN薄膜具有较好场发射性能。利用PLD制备的生长时间为30min时的BN纳米薄膜样品的场发射性能较好，开启场强为1.3V/μm，当最大电流密度为207.9μA/cm2。实验中BN纳米薄膜所表现出的场发射增强可以用多相阶梯式传输及晶界传导机制来进行合理的解释，即晶界提供了电子的有效输运通道、多相微晶结构增大了电子有效供给，从而实现场发射性能的增强。