合成温度对Ce掺杂SiC纳米线的制备及场发射性能的影响-物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 9 (2013) 097902 合成温度对Ce 掺杂SiC 纳米线的制备及场 发射性能的影响研究* † 李镇江 李伟东 ( 青岛科技大学机电工程学院, 青岛 266061 ) ( 2012 年12 月3 日收到; 2013 年1 月11 日收到修改稿) 本文利用化学气相反应(CVR) 法, 系统研究了不同温度对Ce 掺杂的SiC 纳米线及其场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X 射线衍射(XRD) 对所得产物进行了表征, 并对 其场发射性能进行了测试. 结果表明: 所得产物为具有立方结构的 -SiC 晶体, 随着温度的升高, 纳米线逐渐变的弯 曲, Ce 的含量降低, 产物的开启电场和阈值电场先升高后降低. 当合成温度为1250 ◦C, Ce 的含量为0.27 at%, 产物 的场发射性能最佳, 开启电场和阈值电场分别为2.5 V/ m 和5.2 V/ m. 关键词: 合成温度, SiC 纳米线, 场发射性能 PACS: 79.70.+q, 81.15.Gh, 73.63.−b DOI: 10.7498/aps.62.097902 形貌的SiC 纳米线进行了场发射性能测试12−14 . 1 引言 稀土元素具有许多特殊的物理化学性质, 被广 15 泛地用于各个领域, 自从Ennen 等 在1983 年进 与碳纳米管1−3 相比, SiC 一维纳米材料具有 行了半导体掺杂稀土元素的开创性研究之后, 该领 优异的场发射性能, 并且具有高的击穿临界场强﹑ 域一直受到日益增长的关注. 通过Ce 掺杂来改善 高的电子饱和速度、较高的电子迁移率及抗辐射 半导体材料各方面性能已经有较多的报道 1617 . 能力. 这些性能都是碳纳米管所不具备的, 同时也 但目前未见利用化学气相反应法对SiC 纳米线进 是作为冷阴极场发射材料所希望具备的 4−6 . 近 行Ce 掺杂并研究其场发射性能的报道. 本文利用 年来已有关于SiC 一维纳米材料场发射性能的研 了化学气相反应法, 在不同的反应温度下制备了稀 究报道. 例如Lee 课题组利用热丝辅助气相沉积 土Ce 掺杂的SiC 一维纳米线, 并系统研究了温度 法(HFCVD) 成功制备了SiC 纳米线/纳米棒, 测得 对产物的形貌, Ce 的含量以及场发射性能的影响. 开启电场为20 V/m7 ; 他们还通过定向CNTs 和 SiO 反应合成了定向 SiC 纳米线, 其阈值电场为 2 实验 2.5—3.5 V/m8 . Zhou 课题组在稀土金属催化下 用静电纺丝技术制备了SiC 纳米棒, 测得其开启电 2.1 材料的制备 场为8 V/m9 . Yong 等在Si 基片上长出了碳包覆 的SiC 纳米线, 其开启电场为4.2 V/ m10 . Yang 课 实验以石墨为基片, 浓度为 0.01 mol/L 的硝 题组在不加催化剂的情况下, 通过简单一步法合成 酸镍乙醇溶液为催化剂, CH4 为碳源, 市售纯度 SiC 纳米线, 其阈值