[發(fā)明專利]一種原位氧化提高硅納米線陣列場(chǎng)發(fā)射性能的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210256049.4
• 申請(qǐng)日: 2012-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN102856141A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊亞軍;劉憲云;蔣美萍;謝建生;吉高峰;曹先勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J9/02
• 分類號(hào): H01J9/02;H01J1/304;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于場(chǎng)發(fā)射材料的一維納米材料，特指一種原位氧化提高硅納米線陣列場(chǎng)發(fā)射性能的方法。

背景技術(shù)

場(chǎng)發(fā)射材料在真空微電子器件中有著廣泛的應(yīng)用，一維納米材料由于具有較小的功函數(shù)、高長(zhǎng)徑比、高電導(dǎo)率，從而被廣泛應(yīng)用于場(chǎng)發(fā)射器件中（參見文獻(xiàn)：1.?Jo?S?H,?Banerjee?D,?Ren?Z?F,?Appl?Phys?Lett,?2004,?85:?1407-1409;?2.?Fang?X?S,?Gautam?J?K,?Bando?Y,?et?al.?J?Phys?Chem?C,?2008,?112:?4753-4742）；近年來如何增強(qiáng)一維納米材料的場(chǎng)發(fā)射性能成為研究熱點(diǎn)，研究表明在一維納米材料表面包覆低功函數(shù)或者低電子親和勢(shì)的材料可有效提高一維納米材料的場(chǎng)發(fā)射性能，例如采用SiO₂包覆SiC納米線（參見文獻(xiàn)：1.?Ruu?Y,?Tak?Y,?Yong?K,?Nanotechnology,?2005,?16:?370-374）,?采用MoO₃包覆C納米管（參見文獻(xiàn)：1.?Yu?J,?Sow?C?H,?Wee?A?T?S,?et?al.?J?Appl?Phys,?2009,?105:?114320），采用Ga₂O₃包覆GaN納米線（參見文獻(xiàn)：1.?Tang?C?C,?Xu?X?W,?Hu?L,?Li?Y?X,?Appl?Phys?Lett,?2009,?94:?243105）；上述方法均能實(shí)現(xiàn)一維納米材料場(chǎng)發(fā)射性能的提高，然而，這些方法都是先要制備出納米線，然后采用各種沉積方法在納米線周圍沉積包覆一層低功函數(shù)或者低電子親和勢(shì)的材料，工藝比較復(fù)雜，因此需要開發(fā)一種簡(jiǎn)單且行之有效的增強(qiáng)一維納米材料場(chǎng)發(fā)射性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高Si納米線陣列場(chǎng)發(fā)射性能，從而提供一種工藝簡(jiǎn)單、可有效增強(qiáng)Si納米線陣列的場(chǎng)發(fā)射性能、提高Si納米線陣列場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用無電化學(xué)腐蝕法制備Si納米線陣列，然后采用原位部分氧化法將Si納米線陣列轉(zhuǎn)化為SiO_x包覆的Si納米線芯殼結(jié)構(gòu)陣列，由于SiO_x具有較低的電子親和勢(shì)(0.6-0.8eV)，所以可有效增強(qiáng)Si納米線陣列的場(chǎng)發(fā)射性能，而且SiO_x還可作為Si納米線陣列的保護(hù)層，提高Si納米線陣列的場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性。

本發(fā)明所述的原位氧化提高Si納米線陣列場(chǎng)發(fā)射性能的方法如下：

1）選用單晶硅片，分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，去除表面雜質(zhì)；

2）用HF和?AgNO₃按比例配制腐蝕液，并裝入聚四氟乙烯瓶?jī)?nèi)，將硅片浸沒在腐蝕液中，然后將聚四氟乙烯瓶放入烘箱內(nèi)恒溫加熱；

3）腐蝕結(jié)束后將硅片取出，用去離子水清洗，用HNO₃浸泡硅片，用于去除硅片表面包覆的?Ag，在硅片表面即可得到?Si納米線陣列；

4）將硅片放入陶瓷舟內(nèi)，然后將陶瓷舟放入水平管式爐中心溫區(qū)處，通入氧氣，并升溫加熱，Si納米線陣列表面形成一層氧化層，Si納米線陣列轉(zhuǎn)化為SiO_x包覆的Si納米線芯殼結(jié)構(gòu)陣列；

5）對(duì)Si納米線陣列和SiO_x包覆的Si納米線分別采用XRD、SEM和TEM進(jìn)行結(jié)構(gòu)和形貌表征，對(duì)二者進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試，對(duì)比分析二者性能差異。

在步驟1）中，所述單晶硅片是指n型單晶硅片，<100>晶向，單面拋光，電阻率0.004Ωcm；所述用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗時(shí)間分別為10min。

在步驟2）中，所述腐蝕液是指5M的HF和0.02M的AgNO₃；所述烘箱內(nèi)恒溫加熱是指50℃加熱90min。

在步驟3）中，所述HNO₃是指濃硝酸；所述浸泡時(shí)間為1min。

在步驟4）中，所述氧氣的流量為30cm³/min；所述升溫加熱是指管式爐在15min內(nèi)升溫至300℃，并保溫8h。

在步驟5）中，所述場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試是指測(cè)試樣品場(chǎng)發(fā)射電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系以及場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性。