一种具有超低逸出功的阳极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超低逸出功材料技术领域，具体涉及一种具有超低逸出功的阳极及其制备方法，其特征在于具有超低逸出功的阳极包括单晶硅层、HfO2层、单层石墨烯层、附加层；所述单晶硅层的上表面附有一层HfO2层，HfO2层上表面附有长宽5×5mm的单层石墨烯层，单层石墨烯层的上表面镀有一层附加层；所述单晶硅层为高参杂的单晶硅层；所述HfO2层的厚度为20nm；所述单层石墨烯层内参杂有静电；所述附加层为铯元素层或氧元素层，附加层的厚度为一个原子层厚度。本发明专利技术制备得到的阳极，其逸出功降低到了3eV以下，大大提高了阳极能量转化的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超低逸出功材料
，具体的说涉及一种具有超低逸出功的阳极及其制备方法。
技术介绍
逸出功是一个材料的基本性质，是其表面真空能级到费米能级的能量差。低逸出功材料可以极大地提高包括有机电子器和电子发射器等许多技术的性能，比如最近报道的新型太阳能转化器(热电子能量转换器)的能量转化效率，就极大的依赖于其阳极材料的逸出功。理论表明，当阳极的逸出功足够低(逸出功小于1eV)，其转化效率可以高于50％，远远高于单晶硅太阳能板的32％理论极限。降低材料的逸出功有两个方法；其中之一，也是最常用的手段，是降低材料的真空能级。这通常是通过表面镀大约一层原子厚的碱金属实现，比如锂，钠，钾，铯等，有时再附加一些氧，效果更卓越。在所有这些镀层中，Cs/O被发现通常可以得到最低的逸出功。其机理在六七十年代的光电发射材料领域里，已经被很详细的研究过了。降低材料逸出功的第二个方法，是提升材料的费米能级。与绝大多数“三维”材料不同，最近新发现的“二维”材料(比如单层石墨烯)不会因为表面费米能级“冻结”，而无法调控表面费米能级的位置。事实上，近年来已经有不少工作表明，单层石墨烯的表面费米能级可以通过各种参杂的方法改变。这些方法包括静电压参杂，化学/金属接触参杂，光参杂，可是，无论哪种参杂，都不能将石墨烯的逸出功降低到3eV以下。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有超低逸出功的阳极及其制备方法，通过该制备方法制备得到的阳极，其逸出功降低到了3eV以下，大大提高了阳极能量转化的效率。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种具有超低逸出功的阳极，其特征在于它包括单晶硅层、HfO2层、单层石墨烯层、附加层；所述单晶硅层的上表面附有一层HfO2层，HfO2层上表面附有长宽5×5mm的单层石墨烯层，单层石墨烯层的上表面镀有一层附加层；所述单晶硅层为高参杂的单晶硅层；所述HfO2层的厚度为20nm；所述单层石墨烯层内参杂有静电；所述附加层为铯元素层或氧元素层，附加层的厚度为一个原子层厚度。进一步，所述具有超低逸出功阳极的制备方法，其包括以下步骤：第一步，通过原子层沉积法(ALD)，在高参杂的单晶硅层上生长出20nm厚的HfO2层；第二步，通过化学气相沉积法(CVD)，在铜片上生长出长宽5×5mm的单层石墨烯层；第三步，通过化学蒸汽转移法，把生长在铜片上的单层石墨烯层全部转移到了生长在单晶硅层上的HfO2层上表面上；第四步，在压强为5×10-11Torr的真空环境下，在单层石墨烯层的上表面镀上一个原子层厚度的铯元素层或氧元素层；第五步，在单层石墨烯层的上表面边缘镀上50nm厚的Pd作为金属电极，并在Pd和位于HfO2层底部的高参杂单晶硅层之间加上DC电压，使单层石墨烯层内实现静电参杂。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的制备方法制备得到的阳极，其逸出功降低到了3eV以下，大大提高了阳极能量转化的效率。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术作出进一步的说明。图1为本专利技术所述阳极的结构示意图。其中，1-单晶硅层、2-HfO2层、3-单层石墨烯层、4-附加层。【具体实施方式】在附图所示的实例中，如图1所示，一种具有超低逸出功的阳极，其特征在于它包括单晶硅层、HfO2层、单层石墨烯层、附加层；所述单晶硅层的上表面附有一层HfO2层，HfO2层上表面附有长宽5×5mm的单层石墨烯层，单层石墨烯层的上表面镀有一层附加层；所述单晶硅层为高参杂的单晶硅层；所述HfO2层的厚度为20nm；所述单层石墨烯层内参杂有静电；所述附加层为铯元素层或氧元素层，附加层的厚度为一个原子层厚度。进一步，所述具有超低逸出功阳极的制备方法，其包括以下步骤：第一步，通过原子层沉积法(ALD)，在高参杂的单晶硅层上生长出20nm厚的HfO2层；第二步，通过化学气相沉积法(CVD)，在铜片上生长出长宽5×5mm的单层石墨烯层；第三步，通过化学蒸汽转移法，把生长在铜片上的单层石墨烯层全部转移到了生长在单晶硅层上的HfO2层上表面上；第四步，在压强为5×10-11Torr的真空环境下，在单层石墨烯层的上表面镀上一个原子层厚度的铯元素层或氧元素层；第五步，在单层石墨烯层的上表面边缘镀上50nm厚的Pd作为金属电极，并在Pd和位于HfO2层底部的高参杂单晶硅层之间加上DC电压，使单层石墨烯层内实现静电参杂。本专利技术所制备出的阳极经过实验验证，与现有阳极相比，其逸出功降低到了3eV以下，逸出功降低至1.01eV，大大提高了现有阳极的能量转化效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有超低逸出功的阳极，其特征在于它包括单晶硅层、HfO2层、单层石墨烯层、附加层；所述单晶硅层的上表面附有一层HfO2层，HfO2层上表面附有长宽5×5mm的单层石墨烯层，单层石墨烯层的上表面镀有一层附加层；所述单晶硅层为高参杂的单晶硅层；所述HfO2层的厚度为20nm；所述单层石墨烯层内参杂有静电；所述附加层为铯元素层或氧元素层，附加层的厚度为一个原子层厚度。

【技术特征摘要】
1.一种具有超低逸出功的阳极，其特征在于它包括单晶硅层、HfO2层、单层石墨烯层、附加层；所述单晶硅层的上表面附有一层HfO2层，HfO2层上表面附有长宽5×5mm的单层石墨烯层，单层石墨烯层的上表面镀有一层附加层；所述单晶硅层为高参杂的单晶硅层；所述HfO2层的厚度为20nm；所述单层石墨烯层内参杂有静电；所述附加层为铯元素层或氧元素层，附加层的厚度为一个原子层厚度。2.根据权利要求1所述的一种具有超低逸出功的阳极的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：第一步，通过原子层沉积法(ALD)，在高参杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：常帅，袁弘渊，黄明柱，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42