掺氮纳米金刚石薄膜的微观结构对微波场发射性能影响

摘要：

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,通过改变CH4浓度,在单晶Si(100)基底上制备掺氮纳米金刚石(NCD)薄膜,并以所制备的掺氮NCD薄膜为阴极材料,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力扫描探针显微镜(AFM)、Raman光谱和S波段射频电子枪等测试方法系统地研究了掺氮NCD薄膜的微观结构对微波场发射性能的影响.结果表明:在CH4浓度(体积比)为4％下,制备的掺氮NCD薄膜的颗粒呈多面体,而且颗粒尺寸和表面粗糙度较大,薄膜中金刚石相含量较高,这些微观结构使得微波场发射性能较高,在电场强度(E0)为67.7 V·μm-1时,发射电流密度(J0)高达144.8 mA·cm-2.当升高CH4浓度,所制备的掺氮NCD薄膜的颗粒尺寸减小而且连成条状结构,表面粗糙度也逐渐降低,薄膜中金刚石相减少、非金刚石相增加,这些微观结构的改变使得微波场发射性能逐渐降低.如当CH4浓度增加至6％时,在电场强度E0=67.7 V·μm-1时,场发射电流密度降至37.9 mA·am-2.结果表明:低CH4浓度下,掺氮NCD薄膜所具有的微观结构有利于微波场发射.

关键词：微波等离子体化学气相沉积、CH4浓度、掺氮纳米金刚石薄膜、微观结构、微波场发射

所属期刊栏目：40

分类号：TB43;O484(工业通用技术与设备)

资助基金：国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金项目U1330127;国家自然科学基金青年基金项目11205127资助

在线出版日期：2016-10-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1015-1020