SiC纳米结构场发射阴极研究进展

祝震宇,孙梓瀚,王霖

（宁波工程学院 材料与化学工程学院,浙江 宁波 315211）

0 引言

场致电子发射（简称场发射)，是指在高电场的作用下电子从固体（如金属）表面隧穿进入到真空的物理过程[1-3]。场发射是纳米材料的固有特性之一，石墨烯、碳纳米管、SiC纳米结构、AlN纳米结构和ZnO纳米结构等低维场发射阴极材料展现出优异的场发射特性[4,5]。低维纳米材料的开启电场优于其传统材料，一般可低至10 V/m以下，已在电子枪、背光源器件、场发射显示器和X射线管等领域展现出广泛的应用前景[3-5]。

目前，实现低开启电场、高发射电流密度和高发射稳定性的突破口在于发射体的设计。SiC是第三代宽带隙半导体家族中的重要成员之一，具有宽带隙、高电子漂移速率、高电子迁移率、较高击穿电压和高热导率等优异物理特性。[4,6]本文将对SiC纳米结构场发射阴极的研究工作进行综述，阐述提高局域场效应、降低功函数的有效手段，即调控形貌、掺杂、表面修饰、空间分布及复合结构等方法优化SiC纳米结构的场发射特性。

1 场发射现象

继Wood于1897年发现了场发射现象后，Fowler和Nordheim于1928年提出了场发射模型，从此获得了定量表示的Fowler-Nordheim方程（简称F-N方程），奠定了场发射理论的基础。[3,7-9]该方程式为材料表面的场发射方程，呈现了发射电流密度、发射体表面电场强度和发射体功函数之间的关系。当T=0 K时，F-N方程简化为：

式中J为总电流密度；A、B为常数；E为电场强度；Φ为功函数；β为场增强因子。

1.1 场发射性能的影响因素

1.1.1 功函数

F-N方程中场发射电流密度与阴极材料的功函数呈反比例关系，也即是功函数越低，越利于获得优异的场发射性能。……