李栓平, 刘竹波, 王永胜, 于盛旺, 贺志勇, 周 兵

(太原理工大学新型碳材料研究院, 太原 030024)

0 引 言

金刚石、碳纳米管、类金刚石(diamond-like carbon，DLC)是近年来兴起的一类新型碳材料，该材料因在冷阴极材料方面的优良特性(如低的功函数、负的电子亲和势)而广泛应用于场发射器件方面[1-3]。但是，金刚石良好的电绝缘性使得其在实际应用中存在较高的场发射阈值电场，这限制了其在场发射方面的应用[4]。碳纳米管具有独特的微观结构，良好的力学、电学和热性能，因而在场发射显示器(field emission displays，FED)方面拥有广阔的应用前景；但碳纳米管在应用过程中容易出现场发射电流不稳定和不均匀的现象，制约了碳纳米管的进一步应用[5]。DLC包含相当数量的导电sp2团簇，具有良好的化学稳定性以及平整光滑的表面，因而具有优良的导电性以及较高的场发射电流稳定性和均匀性。此外，DLC薄膜的制备方法多种多样，工艺简单可靠、重现性高，是最有望实现产业化的冷阴极材料之一。

但是，在实际使用过程中，DLC薄膜中存在高内应力，且与基体黏附性较差，同时与传统的冷阴极材料(Spindt型的金属微尖，如钼、钨、镍、铬)相比，DLC薄膜很难得到较大的场发射电流。研究[6-7]表明，在DLC碳网络中嵌入金属钛原子不仅可以释放内应力，改善力学性能，而且还可以提高场发射性能。LIANG等[7]采用非平衡磁控溅射技术制备了钛掺杂DLC(Ti-DLC)薄膜，发现共面结构的Ti-DLC薄膜在33 V·μm-1外场场强下的场发射电流密度可以高达1.14 A·cm-2。但是Ti-DLC薄膜作为一种潜在的冷阴极材料，在实际使用时往往会受到阴极电流造成的温度冲击作用，因此需要考虑冷阴极材料的热稳定性以及温度变化对其场发射性能的影响。……