纳米体系中场发射的结构效应

论文摘要

本论文针对既具有重要应用价值,又具有基础理论研究意义的纳米体系下半导体薄膜的场发射性能,以及相应体系中的结构效应做了较为系统和深入的理论研究。其目的一方面在于揭示已知量子结构中的新效应,研究场发射的物理机制和规律,另一方面希望为基于这些量子结构的器件设计提供物理模型和理论依据。1.研究了纳米晶粒尺寸对宽带隙半导体薄膜场发射性能的影响。研究结果发现纳米晶粒对场发射性能的影响,存在一个临界尺寸,当晶粒尺寸小于临界尺寸时,才存在明显的尺寸效应,即随着晶粒尺寸的减小,禁带宽度变大,从而导致负电子亲和势的出现,使得电子更容易逸出,从而提高了场发射的电流密度,降低了场发射的开启场强。2.研究了单层纳米宽带隙半导体薄膜结构的场发射特性。通过综合考虑电子对势垒的隧穿效应及电子在输运过程中的散射效应,建立了较为全面的薄膜场发射的理论模型。结果表明对于单层半导体薄膜的场发射,存在明显的厚度效应,即对于某一种半导体薄膜材料,仅当膜厚在某一适当范围之内时,其场发射性能才能够得到显著增强。3.研究了双层纳米宽带隙半导体薄膜结构的场发射特性。结果表明对于双层纳米半导体薄膜的场发射,存在两种效应:次序效应和比值效应,即总厚度保持不变的情况下,改变两层薄膜先后沉积的次序或者调整两层薄膜不同的厚度比,其场发射性能将表现出显著的变化。这表明,优化薄膜结构有利于进一步提高薄膜的场发射性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 场发射简介
• 1.1.1 场发射及其实质
• 1.1.2 场发射阴极结构的基本类型
• 1.1.3 场发射阴极材料的发展历程
• 1.1.4 场发射性能的评价标准
• 1.2 场发射的应用
• 1.3 纳米材料场发射理论的研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 纳米晶粒尺寸对场发射性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 纳米晶粒场发射性能的理论推导
• 2.3 纳米晶粒的场发射性能
• 2.3.1 纳米晶粒尺寸对材料能带结构的影响
• 2.3.2 纳米晶粒尺寸对电子费米分布函数的影响
• 2.3.3 纳米晶粒尺寸对电子能量分布函数的影响
• 2.3.4 纳米晶粒尺寸对场发射电流密度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 单层薄膜阴极结构对场发射性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 单层薄膜阴极结构场发射的理论模型
• 3.2.1 金属–半导体界面的肖特基接触
• 3.2.2 半导体表面的能带弯曲
• 3.2.3 接触界面的镜像力影响
• 3.2.4 半导体薄膜内部电子的散射
• 3.2.5 薄膜场发射的电流密度
• 3.3 单层薄膜阴极结构对场发射性能的影响
• 3.3.1 单层薄膜阴极结构对电子能量分布函数的影响
• 3.3.2 单层薄膜阴极结构对电子透射系数的影响
• 3.3.3 单层薄膜阴极结构对场发射电流密度的影响
• 3.4 单层超薄膜阴极结构对场发射性能的影响
• 3.4.1 单层超薄膜阴极结构对电子能量分布函数的影响
• 3.4.2 单层超薄膜阴极结构对电子透射系数的影响
• 3.4.3 单层超薄膜阴极结构对场发射电流密度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 双层薄膜阴极结构对场发射性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 双层薄膜阴极结构场发射的理论模型
• 4.3 双层薄膜阴极结构对场发射性能的影响
• 4.3.1 双层薄膜阴极结构对电子能量分布函数的影响
• 4.3.2 双层薄膜阴极结构对电子透射系数的影响
• 4.3.3 双层薄膜阴极结构对场发射电流密度的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢