氧化锌纳米冷阴极及应用探索

氧化锌纳米冷阴极及应用探索

佘峻聪 肖志明 何 浩 邓少芝 许宁生

(中山大学光电材料与技术国家重点实验室 广东省显示材料与技术重点实验室 物理科学与工程技术学院 广州 510275)

　　摘要：基于场致电子发射原理的冷阴极有可能在平板显示器、太阳能电池、微型卫星助推器、微型质谱仪、平行电子束光刻、冷阴极发光管、微真空三极管等信息电子器件上获得应用。

　　过去几年，人们主要关注碳纳米管冷阴极。碳纳米管的场发射性能非常优越，相关研究也开展得较早，有关碳纳米管冷阴极的制备、性能表征、场发射机理和器件研制，都已取得了可喜的进展。然而，由于碳纳米管制备温度偏高，难以实现与带栅器件结构或有源晶体管器件集成;径向刚性较差(易弯曲)，物性(特别是导电特性)均匀性难以控制，电子发射均匀性差;因此作为集成化的纳米冷阴极阵列应用的难度较大。

　　最近，人们开始把注意力转向新型一维纳米冷阴极材料的研制，例如，金属及其化合物纳米线、硅纳米线、III-V 化合物纳米线等。在众多的新型一维纳米冷阴极材料中，氧化锌(ZnO)是最受关注的一种。其受青睐的原因主要有如下几点：(1)氧化锌为金属氧化物，作为冷阴极应用不存在表面被氧化的问题;(2)熔点为~2000 °C，热稳定性良好;(3)刚性好(杨氏模量：109 GPa);(4)晶化程度高、容易掺杂(提高导电性能)、容易实现几何结构均匀的纳米线阵列的制备;(5)有多种制备方法且容易实现低温生长。

　　本报告介绍在氧化锌纳米冷阴极精确可控制备、场发射特性表征及性能优化、临界真空击穿机理研究、有源器件集成及应用探索上所取得的阶段性进展。相关工作对促进氧化锌纳米冷阴极在真空电子器件上的应用具有重要意义。