二氧化錫納米結構的制備及其場發(fā)射性能研究.pdf

1、SnO2是典型的n型寬禁帶半導體材料,具有負的電子親和勢。SnO2具有優(yōu)良的物理和化學性能,現(xiàn)已應用于太陽能電池、高溫電子器件、氣敏傳感器、透明導電玻璃和平板顯示器等領域。SnO2納米材料也成為目前一種很有應用潛力的場致電子發(fā)射材料。本文以SnO2納米結構為研究對象,采用化學氣相沉積法、在不同的襯底上制備出不同的納米結構,研究了催化劑對生長機制的影響,同時研究了納米線和納米帶的場發(fā)射性能,著重研究了在氧氣中高溫退火處理對二氧化錫納米線的

2、場發(fā)射性能的影響。
　　采用化學氣相沉積法成功在鍍有7nm厚金層的硅襯底上制備出致密的SnO2納米線,并在氧氣氣氛中對二氧化錫納米線進行高溫退火處理,研究了高溫退火對納米線陰極射線發(fā)光質(zhì)和場發(fā)射性能的影響。對SnO2納米線進行了SEM、XRD、TEM、HRTEM、EDX表征,結果表明,所制得的SnO2納米線是單晶的四方金紅石結構,在納米線中存在氧空位,且氧空位濃度隨退火溫度的升高而降低,可見在高溫下在氧氣中退火可以改善氧空位濃度不

3、足。從樣品的室溫陰極射線發(fā)光光譜中觀測到一寬的橙光發(fā)射帶,它主要來源于二氧化錫納米線中的氧空位。研究發(fā)現(xiàn),納米線的場發(fā)射性能,隨著SnO2納米線中氧空位濃度和SnO2納米線的功函數(shù)的減小而顯著增強。這些研究結果表明,通過對二氧化錫納米線在氧氣中進行高溫退火處理,可以極大的提高二氧化錫納米線的場發(fā)射性能,從而更好地在場發(fā)射顯示領域上發(fā)揮作用。
　　采用化學氣相沉積法成功在鍍有10nm厚金層的硅襯底上制備出致密的SnO2納米帶,對Sn

4、O2納米帶進行了SEM、XRD、TEM、HRTEM、EDX表征。所制得的SnO2納米帶是單晶的四方金紅石結構,存在氧空位。研究發(fā)現(xiàn),納米帶的場發(fā)射性能不如納米線的場發(fā)射性能好,主要是由于納米帶的長徑比小,其場增強因子小。
　　在硅襯底上鍍不同的金屬做催化劑制備二氧化錫納米結構,對其生長機制進行了相應研究。不使用催化劑,很難制備出二氧化錫納米結構;使用Pt做催化劑,制備出的納米結構種類很多,較難控制生長的納米結構形貌;使用Au做催化

5、劑,較易制備出納米結構,且通過控制Au層厚度和生長時間就可以控制生長的納米結構的形貌。不使用催化劑,制得的納米帶遵循VLS生長機制,Sn作為自催化劑,是一種自組裝、自催化生長模式;使用Pt和Au做催化劑時的生長機制都是典型的VLS生長機制。催化劑對而二氧化錫納米結構生長具有很大影響,使用Au做催化劑較容易制備出納米結構,催化劑厚度影響納米結構的生長方向,其厚度越大,生長的納米線的直徑越大,可以通過控制襯底上催化劑的分布和厚度來控制二氧化