【正文】 發(fā)射尖端表面會在焦耳熱， Nottingham 效應(yīng)，離子轟擊綜合作用下使表面溫度升高，導(dǎo)致尖端熔化變鈍，改變了陰極發(fā)射特性。由此造成的表面逸出功的變 化可高達 ，這將使尖端發(fā)射電流密度降低到初始值的 1%，甚至更小。要穩(wěn)定發(fā)射電流必須穩(wěn)定逸出功和電場強度的值。 通常在測試場致發(fā)射電流 I和所加電壓 V的關(guān)系時，設(shè) J=I/a ,E=BV, a為發(fā)射區(qū)面積， B為發(fā)射表面局部電場轉(zhuǎn)換因子，于是， (12) (13) 根據(jù)測試獲得的數(shù)據(jù)繪出公式 (13)的關(guān)系曲線根據(jù)，該關(guān)系曲線的線性度來評估所測試的場致發(fā)射體的性質(zhì)。函數(shù) v(y)和 t(y)對于大多數(shù)場致發(fā)射陰。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 金剛石薄膜的特性其在場致發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用 4 FN理論描述 了清潔的金屬材料發(fā)射體的場致發(fā)射電流密度與發(fā)射體表面電場之間的關(guān)系，一般地，作為近似處理也常用它來分析半導(dǎo)體材料發(fā)射體的場致發(fā)射。它首次在實驗上用低的開啟電壓，獲得了高的發(fā)射電流密度。二十世紀 70年代初 Spindt等人采用薄膜加工技術(shù)和雙向沉積金屬 的方法研制出了場致發(fā)射陣列陰極 (FEA)，其特點是錐型的發(fā)射體，且每一個發(fā)射體尖端都有各自的柵極。其中 WL為原勢壘， WF為加電場后的勢壘為肖特基削減。場致電子發(fā)射的過程與傳統(tǒng)的以提高物體的溫度給予物體內(nèi)部電子以附加的能量而導(dǎo)致電子發(fā)射的熱電子發(fā)射機理是完全不同的。 特別是納米金剛石薄膜材料很好的穩(wěn)定性使得它成為一種比較理想，有前途的場致電子發(fā)射陰極材料。北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 金剛石薄膜的特性其在場致發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用 3 第一章 金剛石薄膜的特性其在場致發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用 納米 是研究尺寸在 01～ 100nm 的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù) ，而納米金剛石薄膜制作工藝技術(shù)的發(fā)展和普遍化 ， 使得電子制作工藝上掀起了一場革 命，為一些電子器件功能的提升和完善提供拉一個機遇，其不僅為電子制作 提供了優(yōu)良的敏感材料，例如納米粒子、納米管、納米線、納米薄膜等，而且為提供了許多新型的方法。研究了該薄膜的制備工藝，得到了場致發(fā)射性能良好的優(yōu)化工藝條件。 本研究采用納米金剛石作為微尖，引入 石墨作為導(dǎo)電晶界。本課題研究的對象是怎樣制作納米金剛石薄膜和制作納米金剛石薄膜所采用的一些燒結(jié)和后處理工藝流程，以及所制作的納米金剛石薄膜的優(yōu)異的電子場發(fā)射性。這其中，由于低氣壓下 CVD 方法，較之早期的高溫高壓制備方法，具有清潔可靠，可沉積，高質(zhì)量的薄膜等眾多優(yōu)點而成為制備金剛石薄膜的主流工藝方法，包 括熱絲法MPCVD 法，射頻放電法，等離子體炬法等。 獲得高質(zhì)量發(fā)射性能的納米金剛石薄膜以用作場致電子發(fā)射材料是目前研究的熱點之一。研究表明，金剛石材料的晶粒越小，其場發(fā)射性能越好。 等人用 研究制備了納米結(jié)構(gòu)的金剛石材料的顯示器 [23]。A/cm178。[21]。 納米結(jié)構(gòu)的金剛石材料的場發(fā)射性能具有極大的發(fā)展?jié)摿?。馮濤等人采用真空磁過濾弧沉積法制備的類金剛石薄膜的場發(fā)射閾值電場達到 ， 178。到20xx 年， Li 等人在硅片上用 CVD 法生長出摻氮金剛石薄膜，其場發(fā)射閾值達4v/181。m 的電場強度作用下發(fā)射電流密度達到 10181。許多科學(xué)工作者對各種方法制備得金剛石材料的場發(fā)射性能進行了研究，使得基于金剛石材 料的場發(fā)射陰極有了很大的發(fā)展。 利用化學(xué)氣相沉積（ CVD）的方法合成金剛石膜類似天然金剛石具有高硬度、高導(dǎo)熱率、高電阻率等優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，尤其金剛石具有的寬禁帶、高載流子遷移率、低介電常數(shù)、高導(dǎo)熱率、高擊穿電壓及其它性質(zhì)，因此利用 金剛石薄膜 制備的半導(dǎo)體器件可以在高于 600℃溫度下正常工作，作為耐腐蝕、抗輻射、防化學(xué)腐蝕的 器件可以在宇宙飛船、原子反應(yīng)堆及惡劣環(huán)境下工作 [14]。利用納米金剛石薄膜的場致發(fā)射特性 設(shè)計 了 一個 壓力 傳感器 ，并用MATLAB 模擬分析納米金剛石薄膜壓力傳感器的工作原理。為印刷制備大面積的，具有穩(wěn)定均勻的場發(fā)射性能的納米金剛石薄膜，研究納米金剛石材料超聲分散和機械分散方法及漿料的配制新工藝，實驗得出漿料中納米石墨、納米金剛石、乙基纖維素最佳配比，使納米金剛石微尖密度合理、分布均勻。 本論文根據(jù)市場對場致發(fā)射材料的需求，在納米金剛石粉體中摻入納米石墨粉體制成納米金剛石漿料，納米金剛石作為微尖，引 入石墨作為導(dǎo)電晶界。 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 論文題目 : 納米金剛石半導(dǎo)體薄膜傳感器的研究與模擬 系 (部 )名 稱 : 電子 與 信息工程系 學(xué) 生 姓 名 楊振軍 專 業(yè) : 測控技術(shù)與儀器 學(xué) 號 : 20xx0239 指導(dǎo)教師姓名 : 張 秀 霞 教授 論文提交時間 : 20xx 年 5月 22 日 論文答辯時間 : 20xx年 5月 29 日 學(xué)位授予時間 : 北方民族大學(xué) 教務(wù)處制 I 摘 要 金剛石 具有很強的抗輻射、耐腐蝕性能，是能在高溫下使用的新型 寬能帶隙半導(dǎo)體 材料， 被譽為發(fā)展前景十分廣闊的第三代半導(dǎo)體材料。因此，金剛石薄膜可制成耐熱、耐沖擊、耐腐蝕、抗輻射、靈敏度高的壓力傳感器件。用納米金剛石作為發(fā)射體，納米石墨作為導(dǎo)電媒質(zhì)，印刷制備場發(fā)射薄膜。為了既能使薄膜 表 的制漿劑能充分揮發(fā)暴露出納米金剛石 微尖，又能使 納米 金剛石薄膜牢固地粘結(jié)在襯底上，研究了納 米金剛石薄膜的燒結(jié)工藝，其最高溫度為多少效果最好，建立納米金剛石薄膜場致發(fā)射模型， 測試分析了納米金剛石薄膜的 場致發(fā)射特性。 關(guān)鍵詞 ：納米金剛石，薄膜，場致發(fā)射，壓力傳感器 II ABSTRACT The diamond has strong resist radiation, corrosion resistance, is used in high temperature of the new band gap width of semiconductor material, known as the development prospects of the third generation of semiconductor materials. Therefore, the diamond film can be made into heat, impact resistance, corrosion resistance, radiation, high sensitivity of pressure sensor. This paper according to market demand fieldemission materials in nano diamond powders, adding nano graphite powder size, nanotubes made nanodiamond diamond, as the sharp as conductive graphite grain. Using nanometer diamond as projectile, nano conductive medium, printing graphite as preparation of field emission film. The preparation for printing, stable area of field emission performance of uniform diamond thin films, nanometer material nanometersize diamond ultrasonic dispersing and mechanical method and the paste made dispersed new craft, experiment of nano graphite, nano size diamond and ethyl cellulose, make the best proportion of diamond micro nano tip, reasonable distribution density. To make film of pulping agent can watch volatile exposed nano diamond fine, nano tip diamond film binder firmly in the substrate, the study of diamond film, the highest temperature sintering process, how to best nanometer diamond film fieldemission model testing and analysis, the diamond film fieldemission characteristics. Using nanometer diamond film fieldemission characteristics designing a pressure sensor, with MATLAB simulation analysis of nano diamond film pressure sensor principle of work. KEY WORDS: nano, film, diamond fieldemission, pressure sensor III 目 錄 前 言 ............................................................... 1 第一章 金剛石薄膜的特性其在場致發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用 ....................... 3 場致發(fā)射與冷陰極 ............................................ 3 金剛石結(jié)構(gòu) .................................................. 5 金剛石基本性質(zhì) .............................................. 5 金剛石薄膜的國際國內(nèi)研究動態(tài) ................................ 7 第二章 實驗系統(tǒng)和實驗關(guān)鍵步驟處理 ................................... 9 所采用的制備金剛石薄膜的實驗工藝 ............................ 9 絲網(wǎng)印刷納米金剛石薄膜的制備 ............................. 11 絲網(wǎng)印刷納米金剛石薄膜的熱燒結(jié)處理 ......................... 12 絲網(wǎng)印刷納米金剛石薄膜實驗測試系統(tǒng)裝置和電路 ............... 14 第三章 實驗結(jié)果分析 ............................................... 17 納米金剛石薄膜的燒結(jié)曲線 .................................... 17 不同的印刷厚度對納米金剛石場發(fā)射特性的影響 .................. 18 不同粒度砂紙打磨襯底對納米金剛石場發(fā)射特性的影響 ............ 19 退火處理對納米金剛石薄膜電子場發(fā)射性能的影響 ................ 21 印刷納米金剛石薄膜場發(fā)射條件下的陽極屏發(fā)光情況 .............. 23 退火熱處理前后的樣品在不同場強下陽極 屏的發(fā)光 ................ 23 印刷納米金剛石薄膜的場發(fā)射電流穩(wěn)定性 ........................ 24 第四章 利用納米金剛石薄膜設(shè)計信息傳感器 ............................ 25 實驗測試 電路 ................................................... 25 利用 MATLAB 進行的模擬