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氧化锌(Zinc oxide,ZnO)作为一种宽带隙半导体氧化物材料,不仅具有激子束缚能大,电子亲和势低,热导率和载流子迁移率高,物理和化学性能稳定的优点,而且能够在高场强条件下表现出十分显著的能带弯曲,因此是优异的场发射阴极材料之一。四针状氧化锌(Tetrapod-shapedZnO,T-ZnO)结构形态上有利于场致电子发射,且金属掺杂可以提高其电子浓度,有望进一步改善其场发射性能。本论文主要对Sn掺杂T-ZnO纳米结构和四针状Al2O3/ZnO复合纳米材料的生长及其场发射性能进行研究,获得如下研究结果:首先采用热蒸发制备T-ZnO,并研究生长温度对其生长及场发射性能的影响。结果发现,当生长温度为950℃时所制备四针状ZnO纳米结构形貌一致性较好,场发射性能最好,开启场强为2.45 V·μm-1,场增强因子为3977。适量的金属Sn掺杂能进一步提高晶须的长径比,从而改善其场发射性能。随着掺杂浓度增加,晶须长径比先增加后减小,开启场强先减小后增加。当Sn掺杂浓度大于5 at.%时,样品中会出现纳米片等非四针状杂质,场发射性能跟着进一步下降。当Sn掺杂浓度为1 at.%时,样品开启场强最低,为1.95 V·μm-1,场增强因子为9556,样品场发射综合性能最好。结合SEM、XRD、PL、XPS结果分析,金属Sn掺杂T-ZnO纳米结构场发射性能的提高主要由晶须长径比增加和电导率提高两方面因素引起的。进一步研究生长时间对Sn掺杂T-ZnO纳米结构晶须长径比及场发射性能的影响。实验结果表明,生长时间对Sn掺杂T-ZnO纳米结构的微观形貌,尤其晶须长径比有显著影响。当生长时间较短(小于90s)时,样品晶须长径比随生长时间增加而增大,生长时间为90s时,样品长径比最大,为16.5,且场发射性能最好,其开启场强为1.82 V·μm-1,场增强因子为4664。随着生长时间继续增加,样品出现了不同系列T-ZnO纳米结构和纳米片等杂质,从而降低其场发射性能。为实现对金属掺杂量的精确控制,采用原子层沉积技术在热蒸发T-ZnO表面上生长A1203薄膜。制备四针状A1203/ZnO复合纳米材料,同时利用后热处理使A1元素发生扩散,实现A1掺杂。研究发现,当沉积3个A1203原子层时,样品场发射性能最好,其开启场强为1.59 V·μm-1,场增强因子为5618,且电子发射电流稳定性有了显著提高,表现出良好的场发射性能。通过热退火处理,样品的开启场强进一步下降到1.32 V·μm-1,场增强因子上升为8130。