氣體吸附對ZnO場發(fā)射性能的影響.pdf

1、氧化鋅作為寬帶半導(dǎo)體，具有負(fù)電子親和勢，高的機械強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膱霭l(fā)射陰極材料。在納米氧化鋅場發(fā)射應(yīng)用中，氣體成分在氧化鋅表面的吸附會對其場發(fā)射電流產(chǎn)生一定的影響。
　　 本文采用基于密度泛函理論的第一性原理，理論研究了氧化鋅場發(fā)射機理和H2、H2P、CO、CO2、Ar、CH4氣體吸附對氧化鋅場發(fā)射性能的影響。結(jié)果表明電場強度對氧化鋅電子結(jié)構(gòu)造成不同影響。隨著場強的增大，氧化鋅的HOMO和LUM

2、O能級均有所提高，造成費米面能級升高，功函數(shù)減小，隧道效應(yīng)增強，電子更容易從氧化鋅表面發(fā)射到真空中。同時在電場作用下，電子的運動更加活躍，并向氧化鋅表面移動，導(dǎo)致表面電荷增多。在真實的場發(fā)射實驗中，氧化鋅晶體表面電子發(fā)射后所留下的空穴，會立即被從底部傳導(dǎo)來的電子補充，從而形成穩(wěn)定的場發(fā)射電流。
　　 H2、H2O、CO、CO2、Ar、CH4氣體吸附會影響氧化鋅場發(fā)射性能。H2、H2O、CH4分子吸附對氧化鋅場發(fā)射有積極作用，主要

3、表現(xiàn)在吸附氣體與氧化鋅表面發(fā)生軌道雜化，引起指向氧化鋅表面的誘導(dǎo)偶極距，氧化鋅表面受到偶極子層的作用，表面電荷增多功函數(shù)降低，且?guī)督档?，電子易于逸出。而CO、Ar、CO2分子吸附下，產(chǎn)生指向吸附分子的偶極距，即吸附分子為負(fù)電荷中心，氧化鋅表面為正電荷中心。氣體吸附作用抑制了氧化鋅電荷的轉(zhuǎn)移，致使表面電荷分布減少。同時在軌道雜化的作用下，HOMO和LUMO能級降低，引起功函數(shù)的增大，不利于電子的發(fā)射。氧化鋅表面吸附不同氣體分子的功函數(shù)比

4、較為：
　　 φads(H2)<φads(H2O)<φads(CH4)<φ(ZnO)<φads(Ar)<φads(CO)<φads(CO2)。
　　 通過氣體吸附對納米氧化鋅陰極材料幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)影響的研究，為場發(fā)射器件工藝技術(shù)改進提供了理論依據(jù)。在納米氧化鋅場發(fā)射器件封裝時，應(yīng)盡量排除CO、Ar、CO2等氣體，以減少環(huán)境氣體對納米氧化鋅場發(fā)射性能的消極作用。同時，適量的CH4、H2或H2O氣體，可有效增強納米氧化鋅