[發明專利]通過場發射自加熱誘導納米結構改善結晶性的方法和裝置

在審

• 申請號: 201610028921.8
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105668513A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 鄧少芝;沈巖;許寧生;陳軍;佘峻聰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 華輝;林玉芳

技術領域

本發明涉及納米結構晶體改善技術，特別是一種通過場發射自加熱誘導一維 或二維納米材料改善結晶性的方法和裝置，屬于納米材料和真空微納電子領域。

技術背景

晶體的不完整性是在晶體形成時引起的，可以說，完全消除晶體的點陣缺陷 在原理上是不可能的；或者說，世界上不存在理想的完整晶體。根據點陣缺陷在 空間的不同維數，缺陷類型可以分為點缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。其中， 點缺陷包括原子空位和間隙原子，線缺陷包括各種位錯，面缺陷包括層錯、相界 和晶界，而體缺陷則包括材料體內的空腔和氣泡等。

改善材料的結晶性能，就是指去除材料體內的各種缺陷，使其內部晶體結構 趨向于單晶性能，提高材料的導電性、電子發射特性等物理性能。高溫退火方法 是通常被用來實現這一目的的方法，它被用于薄膜材料或塊體材料，這種方法需 要提供額外的加熱源。納米材料的組成晶粒尺寸很小，使得其界面、表面原子數 目的比例明顯增大。表面界面原子具有高度的活性，可使其在導熱、擴散、燒結、 強度等性能上表現出與薄膜或塊體材完全不同的性質。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種通過場發射自加熱誘導納 米結構改善結晶性的方法，材料結構結晶性的改善，能夠改善材料電學、場發射 等物理特性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種通過場發射自加熱誘導納米結構改善結晶性的方法，其特征在于：采 用場發射電流產生焦耳熱原位加熱納米結構材料，通過場發射電流產生過程實現 納米結構材料溫度迅速升高，其通過以下步驟實現：

(1)設置由陰極和陽極構成的場發射結構；

(2)將納米結構材料設于步驟(1)所述場發射結構的陰極位置；

(3)將電極安裝在步驟(1)所述場發射結構的陽極位置；

(4)將安裝上述納米結構材料以及電極的場發射結構設于真空度大于1×10^-3Pa的真空環境中；

(5)調節陰極與陽極之間的距離，并對設于真空環境中的場發射結構的陰極 及陽極間施加0.01V～500V的電壓，使納米結構材料產生發射電流；

(6)持續施加電壓，使發射電流升高以使納米結構材料升溫，當溫度達到一 定溫度時，納米結構的多晶態區域發生重結晶，納米結構的結晶性發生不同程度 的改善。

進一步地，所述步驟(5)中電壓施加的時間為1s～12h，發射電流的大小

為1nA～1mA。

進一步地，所述步驟(5)中陰極及陽極間的電壓為130～150V。

進一步地，所述安裝于陽極位置的電極為平面電極或探針電極。

進一步地，所述步驟(6)中，通過控制電壓施加的時間和/或發射電流的大 小來調整納米結構材料中局部區域的溫度。

進一步地，所述場發射結構中陰極及陽極間的距離為2nm～0.4mm。

進一步地，所述步驟(4)中所述真空環境包括掃描電鏡樣品室、透射電子 顯微鏡樣品室或場發射測試樣品室。

進一步地，所述步驟(2)所述納米結構材料直接生長于導電襯底上或以轉 移方式移植到導電襯底上，然后再安裝于陰極位置。

本發明還提供一種實現自加熱誘導納米結構改善結晶性的場發射裝置。

一種用于自加熱誘導納米結構改善結晶性的場發射裝置，包括驅動電源、真 空腔體、陰極及陽極，所述陰極和陽極設于真空腔體內并通過連接線與驅動電源 連接形成回路，所述陰極上設有納米結構材料，所述陽極上安裝平面電極或探針 電極。

進一步地，所述陽極設于用于移動陽極以控制其位置的位移控制結構上。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：