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