单晶六硼化钐纳米柱阵列薄膜的制备及其场发射特性研究
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- 论文作者：杨汛 ; 甘海波 ; 彭路希 ; 田颜 ; 陈军 ; 邓少芝 ; 许宁生 ; 刘飞
- 年：2016
- 作者机构：光电材料与技术国家重点实验室中山大学电子与信息工程学院;
- 论文关键词：SmB6纳米柱薄膜 ; 拓扑近藤绝缘体 ; 低功函数 ; 场发射
- 会议召开时间：2016-08-23
- 会议录名称：2016真空电子学分会第二十届学术年会论文集（下）
- 语种：中文
- 分类号：O484
- 学会代码：ZKDZ
- 会议名称：2016真空电子学分会第二十届学术年会
- 会议地点：中国福建厦门
- 主办单位：中国电子学会真空电子学分会、微波电真空器件国家级重点实验室
- 学会名称：中国电子学会真空电子学分会
- 页数：1
- 文件大小：311k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
六硼化钐具有许多优异的性质,如高熔点(2580℃)、高电导率、化学性质稳定和低功函数(3.5 eV)等~([1,2]),这使得它在光电领域有着非常巨大的应用潜力。最近理论预测,SmB_6可能是一种三维强拓扑近藤绝缘体~([3]),有着丰富的表面电子态和强关联效应,这种性质可能使其在场发射应用方面有着较大的优势。尽管目前已经有一些研究小组成功制备出了六硼化钐纳米材料~([2,4]),但是其场发射特性及其物理机制的研究还很少。在本文中,我们将系统地研究一维六硼化钐纳米柱薄膜的场发射特性及发射机制。我们利用所掌握的硼热还原工艺成功地在硅衬底表面制备出六硼化钐纳米柱薄膜~([5])。SmB_6纳米柱均匀地分布在整个Si衬底表面,长度约为1-3μm,直径分布在85-160 nm,同时形貌单一。可以发现,纳米柱的表面十分光滑,并且顶端有较为明显的催化剂颗粒,因此我们推测SmB_6纳米柱的生长应遵循VLS机制。在2.2×10~(-5) Pa的高真空场发射测试分析系统中,我们系统研究了SmB_6纳米柱阵列薄膜的场发射特性。实验结果表明:SmB_6纳米柱阵列薄膜的开启电场为9 V/μm(电流密度为10μA/cm~2),阈值电场为12.3 V/μm(电流密度为1 mA/cm~2),最大的电流密度能够达到25.4 mA/cm~2(17.6 V/μm)。场发射稳定性较好。并且,在连续2小时的21mA/cm~2的大电流下测试条件下,电流波动低于4.6%,这说明SmB_6纳米柱阵列薄膜应是是一种理想的冷阴极纳米材料。
引文
[1]Ji X H,Zhang Q Y,Xu J Q,et al.,Rare-earth hexaborides nanostructures:recent advances in materials,characterization and investigations of physical properties,[J].Progress in Solid State Chemistry,2011,39(2):51-69.
[2]Xu J Q,Zhao Y M,Ji X H et al.,Growth of single-crystalline SmB6 nanowires and their temperature-dependent electron field emission,[J].Journal of Physics D:Applied Physics,2009,42(13):135403.
[3]Lu F,Zhao J Z,Weng H et al.,Correlated topological insulators with mixed valence,[J].Physical review letters,2013,110(9):096401.
[4]Brewer J R,Jacobberger R M,Diercks D R et al.,Rare earth hexaboride nanowires:general synthetic design and analysis using atom probe tomography,[J].Chemistry of Materials,2011,23(10):2606-2610.
[5]Liu F,Tian J,Bao L et al.,Fabrication of Vertically Aligned Single-Crystalline Boron Nanowire Arrays and Investigation of Their Held-Enission Behavior,[J].Advanced Materials,2008,20(13):2609-2615.
[2]Xu J Q,Zhao Y M,Ji X H et al.,Growth of single-crystalline SmB6 nanowires and their temperature-dependent electron field emission,[J].Journal of Physics D:Applied Physics,2009,42(13):135403.
[3]Lu F,Zhao J Z,Weng H et al.,Correlated topological insulators with mixed valence,[J].Physical review letters,2013,110(9):096401.
[4]Brewer J R,Jacobberger R M,Diercks D R et al.,Rare earth hexaboride nanowires:general synthetic design and analysis using atom probe tomography,[J].Chemistry of Materials,2011,23(10):2606-2610.
[5]Liu F,Tian J,Bao L et al.,Fabrication of Vertically Aligned Single-Crystalline Boron Nanowire Arrays and Investigation of Their Held-Enission Behavior,[J].Advanced Materials,2008,20(13):2609-2615.