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第1章 纳米半导体场发射冷阴极概述1

1.1 场发射显示器发展历程及相关技术1

1.2 场电子发射基本原理7

1.3 半导体场发射冷阴极发展概述9

1.3.1 微尖锥阵列结构10

1.3.2 一维纳米阵列结构10

1.3.3 半导体薄膜及发展11

1.4 纳米场发射材料13

1.4.1 纳米氮化物半导体场发射材料14

1.4.2 纳米氧化锌场发射材料15

1.4.3 纳米碳管场发射材料17

1.4.4 纳米金刚石薄膜场发射材料19

1.4.5 石墨烯场发射材料20

1.4.6 其他场发射材料22

1.5 纳米场发射冷阴极器件应用22

1.5.1 场发射共振隧穿二极管22

1.5.2 场发射显示器23

1.5.3 场发射扫描电镜24

1.5.4 场发射压力传感器24

1.5.5 场发射微波器件25

1.5.6 场发射光电探测器件25

参考文献26

第2章 纳米场发射理论32

2.1 经典F-N理论32

2.1.1 金属场发射32

2.1.2 半导体场发射38

2.2 纳米场发射理论发展40

2.3 纳米宽带隙半导体场发射理论42

2.3.1 宽带隙半导体能带弯曲模型建立43

2.3.2 强场下半导体能带弯曲规律45

2.3.3 宽带隙半导体场发射能带弯曲机制47

2.4 纳米晶半导体场发射理论50

2.4.1 纳米半导体场发射理论模型建立51

2.4.2 半导体薄膜场发射纳米增强效应研究52

2.5 纳米半导体场发射厚度效应机制55

2.5.1 引言55

2.5.2 纳米半导体场发射厚度效应经典模型58

2.5.3 纳米半导体场发射厚度效应的微观机制分析66

2.5.4 总结73

参考文献73

第3章 单层纳米薄膜半导体场发射冷阴极81

3.1 单层场发射纳米薄膜制备及表征方法81

3.1.1 实验衬底处理81

3.1.2 场发射薄膜制备方法82

3.1.3 纳米薄膜的表征方法85

3.2 GaN纳米薄膜场发射基底效应88

3.2.1 GaN纳米薄膜的制备89

3.2.2 GaN纳米薄膜微结构及成分表征90

3.2.3 不同衬底GaN纳米薄膜场发射性能研究93

3.3 纳米薄膜场发射厚度效应98

3.3.1 ZnO纳米薄膜场发射厚度效应99

3.3.2 SiC基GaN纳米取向薄膜场发射厚度效应106

3.3.3 Si基GaN纳米取向薄膜场发射厚度效应112

3.3.4 非晶GaN纳米薄膜场发射厚度效应120

3.4 掺杂对场发射性能的影响128

3.4.1 掺杂对GaN电子结构的影响128

3.4.2 Si掺杂对AlGaN薄膜场发射性能的影响131

3.4.3 Si掺杂对GaN薄膜场发射性能的影响137

3.4.4 掺杂对ZnO薄膜场发射性能的影响144

3.5 晶体微结构调控薄膜场发射性能154

3.5.1 BN薄膜相结构调控及其对场发射性能的影响154

3.5.2 AlN薄膜取向控制及其对场发射性能的影响159

3.5.3 GaN纳米薄膜晶体微结构调控对场发射性能的影响163

3.5.4 GaN纳米薄膜场发射的结构调控效应173

3.5.5 AlGaN混合取向纳米薄膜制备及其结构增强场发射机理178

3.6 表面修饰调控薄膜场发射性能186

3.6.1 GaN纳米取向薄膜的表面处理及对其场发射性能的影响186

3.6.2 表面处理对AlGaN薄膜场发射性能的影响191

参考文献199

第4章 多层纳米薄膜半导体场发射结构增强研究211

4.1 引言211

4.2 多层纳米半导体场发射结构增强模型212

4.2.1 量子自洽计算模型212

4.2.2 场发射量子结构中能级及其电子积累215

4.2.3 多层超薄膜场发射的结构增强效应216

4.3 多层纳米半导体场发射薄膜制备及结构调控效应219

4.3.1 AlAs/GaAs量子结构对其场发射性能影响219

4.3.2 AlN/GaN量子结构对其场发射性能影响224

4.3.3 多层量子场发射阴极的量子结构增强228

4.3.4 量子薄膜势垒-势阱相对高度对其场发射性能影响233

4.3.5 量子与几何结构耦合增强场发射性能研究236

参考文献243

第5章 一维半导体场发射冷阴极248

5.1 引言248

5.2 场发射纳米线制备及其结构表征248

5.2.1 等离子体化学气相系统简介248

5.2.2 基于GaN粉末的场发射纳米线制备249

5.2.3 GaN纳米线制备工艺及表征251

5.3 纳米线结构调控对其场发射的影响254

5.3.1 GaN纳米线场发射性能测试255

5.3.2 GaN纳米线成分、表面功函数及其对场发射性能的影响256

5.3.3 热效应对GaN纳米线场发射的影响260

5.4 Ga2O3还原法制备GaN纳米线及其场发射特性263

5.4.1 Ga2O3还原制备GaN纳米线PECVD系统263

5.4.2 基于Ga2O3粉末的场发射纳米线制备264

5.4.3 GaN纳米线制备工艺及表征265

5.4.4 GaN纳米线工艺参数调控272

5.4.5 GaN纳米线薄膜场发射性能研究280

参考文献286

第6章 纳米半导体场发射能谱及其量子结构共振隧穿机制290

6.1 引言290

6.2 单层纳米半导体场发射能谱多峰模型291

6.2.1 考虑能带弯曲及复杂镜像势的量子隧穿模型291

6.2.2 半导体薄膜FEED的多峰特性292

6.3 半导体量子结构共振隧穿场发射及其场发射能谱297

6.3.1 AlInGaN量子结构模型及其极化特性297

6.3.2 半导体量子结构薄膜共振隧穿场发射普适机制304

6.3.3 量子结构中势阱调控对场发射特性的影响312

6.3.4 量子结构形状对场发射特性的影响317

参考文献320

第7章 结论与展望324

7.1 纳米半导体场发射理论研究324

7.1.1 宽带半导体场发射能带弯曲理论325

7.1.2 半导体纳米晶场发射增强机制325

7.1.3 半导体纳米薄膜场发射厚度效应325

7.1.4 半导体量子结构场发射增强机制325

7.1.5 半导体场发射能量分布多峰机制326

7.1.6 多层纳米半导体薄膜量子隧穿场发射机制326

7.2 纳米半导体场发射实验研究327

7.2.1 纳米半导体薄膜场发射的厚度效应327

7.2.2 纳米半导体场发射薄膜的晶体微结构调制增强327

7.2.3 纳米半导体量子结构增强场发射328

7.2.4 量子结构耦合几何结构纳米半导体薄膜场发射328

7.2.5 纳米半导体场发射薄膜的掺杂、表面修饰、基底与成分调制改性研究328

7.2.6 氮化物纳米线的场发射性能研究329

7.3 研究展望329

7.3.1 场发射理论330

7.3.2 场发射材料制备330

7.3.3 新型场发射冷阴极器件331

参考文献332