王蜀霞，贺叶露，杜声玖，刁凯迪

(重庆大学 物理学院，重庆400044)

石墨纤维场致发射性能的研究从1970年开始。Y.Chen等［1］制备的石墨纤维材料在2.5 V/μm外加电场下获得了μA级的场致发射电流(表明石墨纤维材料具备一定的场致发射性能)。MA Hui-zhong等［2］利用脉冲激光消融法制备出一种类石墨薄膜，开启电场为10.8 V/μm。Busta等［3］在硅衬底上利用直流电弧放电法制备了纳米级石墨薄膜，在直径分别为0.5 mm和2 mm的面积上得到了发射点密度为10μA/cm2的结果。但至今对石墨薄膜的制备及在场发射方面的应用［4－6］报导得较少。本文采用传统的热CVD法在Ni丝上沉积了一种类石墨材料，并应用二极结构对其场发射性能进行测试。结果表明该材料具有良好的场发射特性。

1 实验

1.1 类石墨材料制备

类石墨材料由传统的CVD法制备，以CH4为碳源气体，H2为还原气体，Ar为保护气体。将气体先后通入石英管中并加热，在长为4 cm半径为0.5 mm的Ni丝上直接沉积反应产物，此时Ni丝既作催化剂又作沉积衬底。制备成复合丝状冷阴极材料。原理如图1所示。

图1 热CVD法装置原理

1.2 场发射性能测试

复合丝状冷阴极场发射性能采用二极式测试，阳极为U形铜槽，铜槽半径为3 cm，长为4 cm。将复合丝状阴极置于U形槽中心，故阴阳间距为3 cm。场发射测试在定制的场发射测试系统中进行，腔体真空度～8×10－4Pa。电压0～104V连续可调，原理如图2所示。分别测试I－E曲线、I－T曲线。

图2 类石墨材料场发射二级管结构示意图

2 结果与讨论

2.1 形貌表征

图3为沉积在Ni丝上的类石墨，即表面一层的黑色物质，因Ni丝底部需与石英管接触，故有效沉积面积只有Ni丝表面积的一半。……