郑荣坤 肖红军 刘方军

摘要：从1995年碳纳米管场发射实验研究报道以来，碳纳米管因其优异的电学特性、大长径比，被认为是21世纪最具有应用潜力和研究价值的场发射电子源。然而，碳纳米管的发射电流密度不稳定问题严重困扰着人们对其进一步开发应用，在高电压下高电流密度维持不稳定、寿命短等问题一直是器件应用的主要障碍。现主要从碳纳米管场发射电流密度的影响因素入手，介绍接触电阻、空间电荷效应以及相邻碳纳米管间的相互作用等3种可能导致场发射电流密度不稳定、降低的物理机理，对碳纳米管场发射器件分析和应用具有参考意义。

关键词：碳纳米管;场致发射;电流密度

0 引言

自1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管（CNT）以来[1]，它就成了国际研究的热点之一。1993年，Iijima等和Bethune等分别合成了单壁碳纳米管（SWNT）[2-3]，在透射电子显微镜中发现了稳定的SWNT。在过去的近三十年时间里，碳纳米管这种新型材料一直被人们广泛关注、研究和应用[4]。CNT是一种理想的一维材料，具有良好的电学特性、优秀的热稳定性，而且材料本身的功函数低，场发射开启场强小，易于实现场发射，是理想的场发射材料。

CNT同时具有大的长径比，可以产生较高场致发射电流密度，应用在真空电子学、微波放大器、航天电推进器、X射线管、透明导电薄膜等领域，在显示技术等方面具有很高的应用价值[5]。随着对碳纳米管的研究逐步深入，其已知应用领域和潜在应用领域也在不断拓展，如应用在碳纳米管隧道场效应晶体管[5]和锂或锂硫电池[6]中等。……