纳米非晶碳膜表面氢吸附对其场致电子发射特性的影响

被引：4

作者：

鲁占灵

王昶清

贾瑜

姚宁

张兵临

机构：

[1] 郑州大学物理工程学院教育部材料物理重点实验室

来源：

真空电子技术 | 2006年 / 01期

关键词：

功函数; 非晶碳膜; 氢吸附; 密度泛函理论;

D O I：

10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2006.01.017

中图分类号：

O462.4 [场致发射、场致发射阴极];

学科分类号：

摘要：

采用微波等离子体化学气相沉积系统在陶瓷衬底上制备了具有sp2键价结构的纳米非晶碳膜。用Raman谱、XPS谱、SEM和XRD等手段分析了薄膜结构。样品经过多次场发射测试后I-U曲线趋于稳定,然后用氢等离子体处理使碳膜表面重新吸附氢。可以发现氢吸附后场发射电流增加,相应的F-N直线的斜率减小。根据F-N理论,F-N直线的斜率正比于φ3/2β,其中是表面功函数,β是取决于形貌的场增强因子,由SEM观察可知氢吸附后样品的形貌没有变化,F-N直线的斜率减小意味着功函数的降低,即氢吸附可降低sp2碳膜表面的功函数从而提高了场发射电流。为了验证以上推论,采用密度泛函理论计算了氢原子和氢离子吸附对sp2碳表面功函数的影响。作为近似,用石墨(0001)面来代表sp2非晶碳,计算了氢原子和氢离子在石墨(0001)表面不同的位置以1/2覆盖度化学吸附后石墨(0001)表面的真空能级、费米能级和表面功函数。计算结果显示氢原子和氢离子吸附后石墨(0001)表面的功函数可降低0.6和2.5 eV左右。这和从实验中得到的结论基本一致。

引用

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