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硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)是一种具有强红光发射和弱蓝光发射的多孔硅,且其规则的阵列非常适合作场致发射阴极结构。本课题中,通过水热腐蚀法制备了新鲜的Si-NPA,且对其进行了不同的处理,在室温下于腐蚀溶液中浸泡不同时间、在不同温度下退火、在1100℃碳化,之后对处理过的Si-NPA进行了微观形貌表征及发光性能测试;在此基础上,在不同的温度下以二甲苯和乙醇为碳源对Si-NPA进行了碳膜沉积,并测试了其场发射性能,且对C/Si-NPA的场发射性能作了优化处理。取得了以下主要结果:1、采用水热腐蚀法制备Si-NPA,在其经过高温腐蚀后继续在腐蚀溶液中浸泡不同时间。通过SEM表征,发现Si-NPA硅柱随浸泡时间增加而减小、硅柱面密度增大;而EDS能谱及XRD衍射谱表明,Si-NPA表面氧化硅的含量随着浸泡时间的增加而减小,伴随着Si-NPA蓝光区发光峰强度的逐渐减弱甚至消失,从而证实了此发光峰是来源于Si-NPA中的氧缺陷发光;同时,通过改变浸泡时间,实现了对Si-NPA红光区发光峰的峰位调节。2、对Si-NPA在不同温度下(300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃)退火10 min。发现Si-NPA的微观形貌在退火之后没有变化,而Si-NPA的红光区发光峰相对强度逐渐减弱甚至消失,同时蓝光区发光峰相对强度逐渐增加。认为这是Si-NPA在高温下退火,其表面的氧化硅层增厚、氧缺陷增加,从而导致红光峰的消失及蓝光峰的显现。3、在1100℃对Si-NPA进行不同时间(2、4、6、8、10、12、14、16 min)碳化处理。当碳化时间为6 min时,发现Si-NPA的微观形貌没有发生改变。随着碳化时间的增加,Si-NPA表面将逐渐形成一层无定型碳膜。与此同时,经过高温碳化后,Si-NPA的红光区发光峰消失,蓝光区发光峰显现出来,且在350 nm附近出现一个新的发光峰。4、以二甲苯为碳源在不同温度对Si-NPA进行40 min的碳膜沉积,同时以乙醇为碳源对Si-NPA进行15 min的碳膜沉积。发现碳膜厚度随着沉积温度的升高先逐渐增加后减小,同时碳膜与Si-NPA的Si C界面层厚度逐渐增加。在C/Si-NPA的场致发射性能中,随着温度的升高其开启场强先减小后增加,即在沉积时间一定(二甲苯:40 min,乙醇:15 min)时,存在一个最佳沉积温度(二甲苯:1000℃,乙醇:950℃)。因此,我们认为其开启场强与C/Si-NPA碳膜厚度及Si C界面层厚度相关。5、在最佳沉积温度通过改变沉积时间来优化C/Si-NPA的场致发射性能。明显的,随着沉积时间的增加,碳膜的厚度将增加,然而我们同时发现Si C的Raman特征峰相对强度也增加。对C/Si-NPA进行场致发射性能测试,其开启场强并不随沉积时间的增加而减小。我们推测存在着一个Si C界面层的最佳厚度,界面层厚度超过这一值时C/Si-NPA的开启场强将升高。6、在较低温度(900℃)对Si-NPA进行碳膜沉积,以此来延长Si C界面层达到最佳厚度的时间。发现在此优化方案中,C/Si-NPA开启场强随着沉积时间的增加而减小,实现了对C/Si-NPA场致发射性能的优化,获得较低的开启场强1.77V/μm。