本发明专利技术公开的P掺杂SiC纳米线在场发射阴极材料中的应用，P掺杂SiC纳米线为场发射阴极，场发射阴极与场发射阳极之间在施加电压时形成有发射电场，场发射阴极在常温真空条件下的在发射电流密度为10μA/cm2时的开启场强为0.42-0.65V/μm。本发明专利技术的P掺杂SiC纳米线具有开启电场低，电场稳定性好，光电性能强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用于场发射材料中的纳米线材料，特别是。
技术介绍
场致电子发射(场发射)材料由于在场发射平板显示器、电子源等诸多高性能真空微电子器件上具有广阔的应用前景，引起了人们广泛的关注与研究兴趣。场发射材料性能最重要的两个品质因素是电流密度与开启电压。因为大电流密度意味着高亮度，低开启电压就意味着低功耗。场发射阴极就结构而言，可分为尖端型与薄膜型。最初场发射冷阴极结构基于降低阈值电压的考虑使用尖端型结构，主要是利用尖端局域场强增加的特性(几何场增强)降低其阈值电压。当前比较成熟的尖端场发射冷阴极主要有金属微尖阵列场发射阴极、硅尖锥阵列场发射阴极、纳米碳管阵列场发射阴极等。但尖端型技术难度大、工艺复杂，成本相对过高，例如，碳纳米管(开启电场约为1.79V/ μ m，场增强因子为?1200);碳纳米锥(开启电场约为7V/ μπι);碳纳米棒(开启电场约为IlV/ μπι)等，作为阴极发射材料受到广泛关注。但是目前，这些材料的场发射性能的极限开启电场约为1.5V/μπι左右，场增强因子也仅限于1200左右，而且其制备难度大，工艺复杂，成本高。于是工艺相对简单、易于大面积制备、器件寿命长、易于与其它微电子器件集成、易于数字化、发射电流均匀、易于控制的薄膜型场发射阴极开始受到重视。场发射是低维纳米材料的固有特性之一。大量研究结果表明，纳米结构具有传统材料所不具备的优异场发射性能，在显示器等光电器件领域具有巨大的潜在应用前景。然而，基于低维纳米结构的场发射阴极材料得以真正应用还有赖于其性能的进一步改善和提高，比如获得更低的开启电场等。SiC是一种重要的第三代半导体材料。与其传统体材料相比，低维SiC纳米结构高的禁带宽度、高的热导率和电子饱和迀移率、小的介电常数和较好的机械性能等优异特性，在用作场发射阴极材料等领域有着广泛的应用前景，近十年来颇受关注。1999年，Wong等人首次报道了 SiC纳米线的电子发射特性，其开启电场约为20νμπι-1。随后，国内外大量的工作报道了不同形貌的SiC低维纳米结构的场发射特性，并致力于进一步降低开启电场。如经Al掺杂的SiC纳米线的开启电场仅为0.55?1.54V μ m-Ι。采用A1203纳米粒子修饰的管状SiC的开启电场分别为2.4V ym-l，SiC纳米针在500°C下的开启电场降低至0.66V μ m-1。SiC/Si纳米异质结构的开启电场为2.6V μ m-1，阵列化SiC纳米线的开启电场可达到0.7-1.5Vym-lo这些研究结果表明，进过优化处理的SiC低维纳米结构具有较低的开启电场，被认为是制备场发射阴极的优异候选材料。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开的，本专利技术公开的，P掺杂SiC纳米线为场发射阴极，所述场发射阴极与场发射阳极之间在施加电压时形成有发射电场，所述场发射阴极在常温真空条件下的在发射电流密度为?ο μ A/cm2时的开启场强为0.42-0.65V/μ m0本专利技术公开的的一种改进，P掺杂SiC纳米线为场发射阴极时，其与与场发射阳极之间间距为0.5-1_。本专利技术公开的的一种改进，P掺杂SiC纳米线的表面光滑且直径均匀。本专利技术公开的的一种改进，P掺杂SiC纳米线的直径为50-200nm，长径比为500-3000。本专利技术公开的的一种改进，P掺杂SiC纳米线中P掺杂量为(at.% )0.10-0.15%。本专利技术公开的的一种改进，真空条件的压力为 1.0X10 7Pa-5X10 7Pa0本专利技术公开的P掺杂SiC纳米线纳米线的结晶形态为3C_SiC，P掺杂SiC纳米线中P掺杂量为0.10-0.15at.%，纳米线的直径为50-200nm，长径比为500-3000。P掺杂SiC纳米线的表面光滑或者粗糙，且粗细均匀或者粗细不一致。本专利技术公开的P掺杂SiC纳米线的制备方法包括如下步骤:有机前驱体热交联固化和粉碎，得有机前驱体粉末；碳纸浸渍在含有催化剂的乙醇溶液中，并超声处理；将有机前驱体粉末和？#04粉末混合置于石墨坩祸底部，在坩祸顶部放置超声处理后的碳纸；将石墨坩祸及碳纸一起置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350-1450°C下进行热解；气氛烧结炉冷却至1080_1150°C，再随炉冷却至室温，即可得到P掺杂SiC纳米线。本专利技术通过有机前驱体热解法，以碳纸为衬底，FeP04为掺杂剂，制备了 P掺杂SiC纳米线。这项技术将有效的推动SiC纳米结构的物化性能研究及其功能化应用进程。本专利技术先将有机前驱体热交联固化和粉碎再与掺杂剂FePO4粉末混合置于石墨坩祸中，以碳纸为衬底，制备P掺杂SiC纳米线。首先，本专利技术可通过控制有机前驱体粉末和FeP04?末的混合比例，实现对SiC纳米线P掺杂浓度的调控。其次，Al 203坩祸有可能使SiC纳米线中掺入Al杂质原子，但本专利技术将混合粉末置于石墨坩祸不会引入其他杂质原子。再者，碳纸浸渍在乙醇溶液中，可以使乙醇溶液吸附在碳纸表面，取出后，乙醇挥发掉后，催化剂均匀的附着在碳纸表面，催化剂辅助、约束着SiC纳米线的生长。在本专利技术中，气氛烧结炉冷却至1080-1150 °C，可以更好地控制冷却速度，从而实现SiC纳米线的有效生长，在低于1080-1150°c下纳米线不再生长，因此在低于1080-1150°C后即可随炉冷却至室温，也不用再考虑冷却速率。在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述热交联固化在队气氛下于250_280°C保温 20-50min。在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的有机前驱体为聚硅氮烷，也可以使用其他含有Si和C元素的有机前驱体，比如C粉和Si粉的混合粉末。在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的催化剂为浓度0.04-0.06mol/L的Co (NO3)20在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述有机前驱体粉末和FeP04粉末的质量比为5:1-2。有机前驱体粉末和FeP04粉末的质量比不同，合成的SiC纳米线中的P掺杂浓度也不同，FePO4的含量越大，P掺杂浓度越高。在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述气氛烧结炉为石墨电阻气氛烧结炉，热解温度为1380-1420°C。作为优选，热解的具体步骤为:将石墨坩祸及碳纸一起置于石墨电阻气氛烧结炉中，气氛炉先抽真空至10-4Pa，再充入高纯Ar气(纯度为99.99% )，直至压力为一个大气压(0.1lMpa)，再以22-28°C /min的速率从室温快速升温至1380-1420°C。本专利技术的热解不需要经过保温，快速升温至一定温度进行热解，就可以快速冷却。升温速度在有机前驱体的热解过程有影响，同时过快升温不利于对温度的控制，因此，本专利技术将升温速率控制在22-28 0C /min ο在上述P掺杂SiC纳米线的制备方法中，气氛烧结炉冷却时的速率为22-28 °C /mino与现有技术相比，本专利技术的优点在于:1、本专利技术中的P掺杂SiC纳米线场发射阴极材料加工方便，成本可控性好，性能稳定，具有超低的开启电场。2、本专利技术中的P掺杂SiC纳米线场发射阴极材料在不同阴阳极距离下均能保持超低的开启电场。【附图说明】图1为本专利技术中所采用的P掺杂SiC纳米线场发射阴极材料的扫描电镜(SEM)图；图2为本专利技术实施例一中所采用的P掺杂SiC纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
P掺杂SiC纳米线在场发射阴极材料中的应用，其特征在于：所述P掺杂SiC纳米线为场发射阴极，所述场发射阴极与场发射阳极之间在施加电压时形成有发射电场，所述场发射阴极在常温真空条件下的在发射电流密度为10μA/cm2时的开启场强为0.42‑0.65V/μm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨为佑，陈善亮，王霖，高凤梅，杨祚宝，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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