一种在碳化硅基底上外延生长的冷阴极场发射材料及方法技术

本发明专利技术公开了一种在碳化硅基底上外延生长的冷阴极场发射材料及方法，这种垂直站立的石墨烯条带通过生长过程中的压力和温度来控制其密度和长宽比，通过延长生长时间来增加条带高度或长度。这种垂直站立的高长宽比的纳米石墨烯条带做为冷阴极材料使用时，其阈值开启电场低至0.765Vμm-1，场增强因子可达17140。这种垂直站立的石墨烯条带底端可以由数层石墨烯连接在一起，整个膜层内导电性良好，膜层大小可达2英寸到4英寸，即与碳化硅基底尺寸相当。光学显微镜和扫描电子显微图像显示这一冷阴极材料是厚度可达几十甚至上百个微米的碳膜，也即石墨烯条带的高度甚至可以达到几百个微米，而条带的宽度只有几个或几十个纳米。这一碳膜结构完整，可以像一张纸一样随意移动或携带。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体薄膜材料
，涉及一种超低开启电场和超高场增强因子 的外延碳薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
场致电子发射(场发射)薄膜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阈值电压。因为大电流密度意味着高亮度，低 阈值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/ym，场增强因子为 1200)；碳纳米锥(开启电场约为7V/μ m)；碳纳米棒(开启电场约为llV/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/ym 左右，场增强因子也仅限于1200左右，而且其制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在碳化硅基底上外延生长冷阴极场发射材料的方法，制备过程包括以下步骤：（１）先将ＳｉＣ基底进行氢蚀预处理，以消除表面缺陷和损伤层，直到晶片表面台阶达原子级平整度；（２）将氢蚀后的ＳｉＣ基底置于高温炉真空腔的石墨坩埚中；（３）调节高温炉真空腔中的真空度高于１０－３Ｐａ，并同时升温到１０００～２０００℃之间；（４）向高温炉中供氢氩混合气，气体流速控制在１０ｓｃｃｍ～１００００ｓｃｃｍ之间，通过抽放气来控制工作压力在１０－３Ｐａ～１０ａｔｍ之间；（５）控制生长时间和工作压力或控制抽放气的次数或频率，以控制纳米条带的长度；或者通过调节各个参数控制纳米条带的长宽比和条带密度；（６）将外延后的样品从...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，黄青松，王刚，王文军，王皖燕，郭丽伟，林菁菁，贾玉萍，李康，彭同华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11