碳纳米管场发射背阴极式三极结构及其模拟

提出了一种碳纳米管新型的背阴极式场发射三极结构.在这种结构中,带有孔阵列的薄玻璃基板作为阴极基板,碳纳米管阴极材料通过丝网印刷的方法装配在玻璃孔周围的阴极电极上.栅极电极则装配在阴极材料下方另一块基板上,在玻璃孔对面与之相对的则为覆盖有ITO电极和荧光粉层的阳极基板.在阳极基板上施加高电压,强电场则通过玻璃孔渗透到碳纳米管的表面使之发射,电子穿过玻璃通道轰击阳极,在栅极电极上施加反向电压用以减小阴极表面的电场从而关闭阴极发射达到调制效果.本文通过电场和电子轨迹的计算机模拟,验证此场发射三极结构的可行性并得出它的调制特性.     

一种基于纳米碳管的常开型后栅极场致发射显示板

提出了一种常开型后栅极场致发射显示板及其工作原理．该显示板直接利用阳极使阴极产生场致电子发射,而通过埋在阴极之下的栅极上施加低于阴极电压的电压来阻止阴极产生场致电子发射,从而来调制显示所需图像．文中采用有限元法对该场致发射器件的电场强度分布进行了模拟计算,并研究了该器件中阴极的发射特性．计算结果表明在该场致发射显示板中,阴极发射均匀性好,发射面积大,从理论上证明了该常开型后栅极场致发射显示板工作原理的可行性．     

碳纳米管场发射器件放气特性分析及其对场发射性能的影响

为了研究场发射冷阴极电流跌落机制,采用四极质谱仪实时分析的方法研究了碳纳米管阴极场发射器件的放气特性及工作状态下器件内残余气体对阴极场发射性能的影响.结果表明:碳纳米管阴极场发射器件工作时,放出气体的主要成份是H_2,CO_2,CO;随着阴极发射电流密度的增加,气体成份的分压也随着增加.碳纳米管阴极的场发射性能,例如开启场强、阈值场强和场发射电流密度都与放出气体压强密切相关.碳纳米管阴极在压强为2.1×10~(-3)Pa的残余气体环境下工作1.5 h后,开启场强和阈值场强相应增加了29.4%和50.0%.阴极受残余气体影响,一方面阴极发射材料表面功函数增加;另一方面阴极发射体场增强因子减小.增大的功函数和减小的场增强因子降低了阴极的场发射性能.因此,场发射器件放气是阴极电流跌落的重要原因.     

碳纳米管场发射显示屏栅极工艺的研究

利用优质云母板作为栅极结构基底材料，结合简单的丝网印刷工艺将导电银浆制作成条状栅极，制作了新型的栅极结构；采用高温分解方法制备了碳纳米管薄膜阴极，制作了三极结构碳纳米管阴极平板显示屏样品。该样品具有良好的场致发射特性以及栅极控制能力。利用这种新型的栅极结构，能够克服整体器件高温封装所带来的技术困难，避免碳纳米管阴极和阳极荧光粉的损伤，实现了稳定可靠的高温封装，具备了制作大面积场致发射器件的潜力。     

具有金属栅的四角状氧化锌纳米针电子场发射特性

以高纯锌粉为原料,采用气相反应法制备了四角状氧化锌纳米针.利用丝网印刷技术结合光刻工艺组装金属网前栅三极结构场致发射显示器件.场发射测试结果表明,器件具有明显的栅控特性.器件的开启栅压为270 V,当栅极电压为600 V时,阳极电流高达2.75 mA,栅极漏流仅为0.43 mA,测量的峰值亮度为2 300 cd/m2.     

场致发射材料的特性

主要论述了场致发射材料及其特性 ,对金属、硅微尖、金刚石薄膜、GaAs等的制备工艺和阴极特性作了较为详细的分析 .介绍了这些材料在新型场致发射显示器件 (FED)、真空微电子管作为阴极材料的应用 ,并对场致发射材料的获得和改进进行了初步的探讨     

有限元法分析栅极对CNTs场发射性能的影响

建立了栅极冷阴极结构和二极管结构的碳纳米管(CNTs)场发射阴极,利用有限元素法对发射体的场发射性能进行了模拟,进一步计算并分析了栅极、栅极电压以及栅孔半径等参数对碳纳米管尖端电场分布和场发射性能的影响.结果表明,栅极对碳管尖端的激发电场具有很强的增强作用;栅极电压越高,场增强因子越大;最佳场发射栅孔半径为碳纳米管半径的10倍;栅极使得碳纳米管的开启电压降低,发射电流密度增加.     

FED中支撑对电场分布及电子轨迹的影响

在场致发射显示器 (FED)中加入支撑会影响真空室内部电场分布和电子运动 ,从而导致二次电子发射和电荷积累效应。为比较不同发射结构中这种负面影响的大小 ,对3种常见阴极模型中电子运动轨迹进行了模拟 :采用有限元法计算带有介质支撑墙的 FED电场分布 ,采用 Runge- Kut-ta法计算该空间电子轨迹 ,得出了支撑墙对 FED电子轨迹影响的数值结果。模拟结果显示 ,在三极型和四极型 (聚焦型 )结构中 ,支撑的引入不可避免地会带来二次电子发射和电荷积累效应 ;与之相反 ,平面型发射结构则很好地避免了这一负面影响     

介质层对真空微电子三极管特性的影响研究

用粒子模拟程序MACIC模拟了真空微电子三极管的电子学特性，其发射电流由Folwer-Nordheim公式得出．研究了栅极与阴极间介质层对电子发射特性的影响，发现介质层的位置对发射特性有较大的影响．对一个典型结构真空微电子三极管的模拟结果表明，当介质孔半径从0．4μm增加到2．0μm时，发射电流将从0．198μA减小到0．115μA，前人的研究工作中常常忽略了介质层对电子发射特性的影内．同时还得到了电流—电压特性和电子轨迹图等模拟结果．     

对夫兰克—赫兹实验解释的一点浅见

在夫兰克一赫兹实验中,阴极K发射的热电子在阴极和栅极之间被加速,得到足够的能量时可穿过栅极到达阳极,使电流计摆动。电子的能量达到4.9电子伏特即与汞原子碰撞从而失去,它不可能具有9.8电子伏特的能量,只有在经过改装的实验装置中,高于4.9电子伏特的电子才可以出现。     

Fabrication and field emission performance of arrays of vacuum microdiodes containing CuO nanowire emitters grown directly on glass without a catalyst

Arrays of vacuum microelectronic sources are fabricated on a glass substrate using cupric oxide (CuO) nanowire emitters. The arrays of electron sources possess a microdiode structure, which can effectively induce field emission and control the delivery of emitted electrons to the anode in a triode-type device operation. A technique for precisely growing CuO nanowires at the centre of microcavities in an array without using a catalyst and at temperatures as low as 400°C is presented. Such a simplified fabrication procedure results in improved field emission performance from the array compared with previous vacuum microelectronic devices. Typical prototype devices have turn-on gate voltages as low as 169 V to give emission current densities of 10 μA/cm2 at the anode. The ratio of anode current to cathode current reaches ~0.85, and the maximum change in emission current density per volt is 1 μA/cm2. Electron emission from the arrays is stable and reproducible under either pulsed or direct current fields. These characteristics indicate that microgate-controlled CuO nanowire emitters may find application in practical devices.     

大电流弧光放电机理讨论

用电磁学理论结合能带理论讨论了弧光放电机理问题,认为在大电流的条件下,电极上能够产生大量的焦耳热使得阴极上的自由电子在晶格势场中的能态升高;由于大电流可以使得大量载流子参与定向运动,当电极断开时,大量载流子的定向运动动能转化为阴极上自由电子在晶格势场中的电势能,进一步升高阴极上自由电子在晶格势场中的能态;由于大电流使得阴极上聚集的自由电子数量巨大,从而在阳极和阴极间产生强电场,在两极间强电场的作用下,可以产生场致发射。解释了弧光放电过程申的负伏安特性;分析了弧光放电过程,比较了热电子发射和场致发射的联系与区别。     

CVD金刚石膜场发射机制的探讨

通过分析CVD金刚石膜的结构,对CVD金刚石膜的场发射机制进行了研究,结果表明金刚石膜内含有一定数量的石墨,当电子通过石墨时从石墨的电场中获得能量增大了电子隧穿金刚石晶粒的系数,据此提出了金刚石膜内石墨相增强电子隧穿金刚石颗粒以增强金刚石膜场电子发射的机制,并且根据该机制解释了一些实验现象。     

e型电子枪中非均匀磁场偏转系统的聚焦特性研究

利用永磁铁结构的偏转聚焦系统产生的非均匀磁场,改进了目前e型电子枪电子束偏转聚焦特性,同时缩小了枪体体积,减小了功耗.采用边界元法与等效磁荷法,模拟了偏转聚焦系统的非均匀磁场,再利用龙格一库塔法模拟出电子在该系统中的运动轨迹.为获得良好的聚焦特性,电子发射速度和发射位置应进行优化选择,同时电子束保持水平出射.研究结果表明:电子枪阳极板端点与阴极灯丝中心点保持水平可满足电子水平出射;非均匀分布的磁场对e型电子枪中电子束具有良好的聚焦作用;所设计的偏转聚焦系统在电子束流为50～100 mA时,束斑小于3 mm.     

真空度对碳纳米管场发射显示器的影响研究

建立了碳纳米管场发射环境下电子与气体碰撞的数理模型。通过实验观察和理论分析说明：碳纳米管场发射显示器在常规阴阳极间距下。在不同真空度下的显示均为电子轰击荧光粉发光所致，在低真空度下也无气体放电产生紫外光致荧光粉发光；当真空度太低时，气体电离会降低实际加在阴阳极间的电压，致使电子无法发射。通过电子与气体分子的碰撞频率计算可以说明，用气体压力与阴阳极间距的乘积作为标准衡量气体对场发射的影响比仅用真空度来衡量更为合理。场发射显示器阴阳极间距越大，对真空度的要求越高。     

机动车颗粒物数排放因子和特征

为了对现实环境中机动车颗粒物数排放因子及其排放特征进行研究, 在丹麦哥本哈根市高速公路和城区分别设立了交通站点和背景站点, 经过长期观测计算得到交通源排放的贡献, 并结合机动车数据估算了颗粒物数浓度排放因子。结果表明, 在高速公路和城区平均车流的颗粒物数排放因子分别是(215.4±5.3)×10¹² km^-1和(187.1±3.1)×10¹² km^-1。重型车和轻型车颗粒物数的排放因子都是在城区较高, 重型车颗粒物数的排放因子大约是轻型车颗粒物数排放因子的20倍左右。 机动车排放颗粒物数谱具有双峰特征, 峰值因观测地点的不同而变化, 高速公路边的峰值在10 nm左右, 城区的峰值在20~30 nm之间, 高速公路和城区都出现50~80 nm的第二峰值。颗粒物数排放因子主要由粒径小于100 nm的颗粒物数决定。轻型车和重型车的颗粒物数排放因子对机动车数量和类型有一定的依赖性, 观测地点和环境等因素也会造成现实环境中机动车颗粒物数排放因子研究结果的不确定性。     

新型场致发射阴极区电场的数值分析

本文采用有限元法对新型场致发射阴极的电场强度进行数值分析．计算结果表明：钼尖电场随着钼尖半径Ｒ０的增大而减小．阳极的几何位置和阳极电压对场强的影响不大，介质的存在对 场强稍有影响．场域剖分的是否合适对结果有一定的影响．     

丝网印刷碳纳米管显示器驱动电路的研制

为解决采用丝网印刷技术制作的碳纳米管显示器件(CNT-FED)驱动电压高、亮度均匀性差的问题,设计并实现了电压控制的寻址与显示分离型的驱动电路.采用分离高压控制器件实现了行、列驱动电压波形,并利用反向高压控制暗像素点,不仅能满足丝网印刷CNT-FED 700~1 000 V的高压驱动要求,并且有效抑制了漏电流导致的串亮现象.在各行电路上设计了限流电阻,对场发射电流起到反馈作用,有效改善了亮度均匀性.该驱动电路成本低,且从电路角度提升了丝网印刷CNT-FED的亮度和发光均匀性.测试结果表明:由新电路驱动的CNT-FED可实现动画显示,峰值亮度可达到1 400 cd/m2.