الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۶۱
کد مقاله
ELC61
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
بهبود انتشار میدان نانولوله های کربن با اندود هافنیم و آنیلینگ
نام انگلیسی
Improvement of the field emission of carbon nanotubes by hafnium coating and annealing
تعداد صفحه به فارسی
۱۴
تعداد صفحه به انگلیسی
۵
کلمات کلیدی به فارسی
انتشار میدان ، نانولوله های کربن، اندود هافنیم ، آنیلینگ
انستیتو ریزالکترونیک و الکترونیک – حالت جامد، دانشگاه علوم الکترونیک و تکنولوژی چین
مرجع به انگلیسی
Institute of Microelectronics and Solid State Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, People’s Republic of China
کشور
چین
بهبود انتشار میدان نانولوله های کربن با اندود هافنیم و آنیلینگ
چکیده
علیرغم خواص امیدبخش انتشار میدان نانولوله های کربن (CNT)، این مواد هنوز دارای نواقصی هستند و نیاز به بهبود بیشتری دارند. گزارش ما روی خواص انتشار الکترون میدانی CNT های اندوده به هافنیم می‌باشد. نتیجه نشان می‌دهد که کاربید هافنیم (HfC) را میتوان روی سطح ورقه های CNT در دمای آنیلینگ ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد شکل داد. این عمل شدت جریان انتشار میدان، یکنواختی انتشار و پایداری انتشار روقه های CNT را بهبود می‌بخشد. بهبود انتشار میدان با اندودکردن Hf روی سطح CNT ناشی است از تشکیل HfC که هادی، خنثی، مقاوم و دارای تابع کار پائین می‌باشد. این رویه ممکن است یک روش کارا برای اصلاح انتشار میدان CNT ها فراهم آورد.
انتشار میدان نانولوله های کربن اندود هافنیم و آنیلینگ
۱- مقدمه
تصور این است که نانولوله های کربن (CNT)، بدلیل خواصی نظیر ولتاژ آستانه پائین آنها، مقاومتشان در خلاء ضعیف و ساخت ساده، امیدبخش ترین ماده برای انتشار میدانی الکترون می‌باشند، و بطور گسترده ای مورد تحقیق به عنوان یک منبع الکترون کاتد سرد قرار گرفته اند. اما خواص انتشاری آنها هنوز نیاز به پیشرفت در زمینه هائی نظیر یکنواختی روی سطح بزرگ، پایداری انتشار، جریان انتشار و غیره دارد. بعلاوه، نمونه های CNT های متفاوت دارای تغییرات گسترده در خواص انتشار هستند، که نتایج انتشار را غیر یکدست می‌سازد. به منظور بهبود دادن عملکرد انتشار CNT ها برای کاربردهای عملی، اصلاحاتی مورد نیاز است.
این موضوع کاملا شناخته شده است که علاوه بر فاکتور افزایش میدان β، توانائی انتشار انتشارگر شدیدا وابسته به تابع کار Ф می‌باشد. میتوان پیش بینی کرد که چنانچه تابع کار ورقه های CNT کاهش یابد، به همراه افزایش فاکتور افزایش میدان آنها، انتشار میدان به مقدار زیادی تقویت میشود. برای مثال، وادهاوان و همکارانش استرانسیم را روی نانولوله های کربنی منفرد رسوب دادند تا انتشار میدان را تقویت کنند [۱]. بعضی از محققین خواص انتشار CNT ها را با نفوذ دادن نیتروژن در آنها اصلاح کرده اند [۲]. نویسندگان این مقاله خواص انتشار CNT ها را با عملیات پلاسما بهبود بخشیده اند [۳,۴].
از این نقطه نظر، اینطور بنظر می‌رسد که کاربیدهای فلزات انتقال(transmission metals) مواد امیدبخشی در این زمینه باشند [۵-۷] زیرا دارای یک تابع کار پائین (۳٫۵-۱ eV کمتر از مواد متعارف کاتد انتشار میدان نظیر W و Mo)، رسانائی خوب، پایداری شیمیائی و نقطه ذوب بالا هستند. این مواد شامل گروه IVB کاربیدهای فلز واسطه، نظیر TiC, ZrC و HfC و گروه VB کاربیدهای فلز نظیر NbC و TaC می‌باشد. زیما و همکارانش [۸] یک سری خواص انتشار الکترون کاربید نسوز را مقایسه کردند و نشان دادند که HfC دارای بالاترین امتیاز است. درپی این نتیجه، کاربید هافنیم برای ارتقاء انتشار میدان آرایه های انتشارگر میدان Si و Mo مورد استفاده قرار گرفت [۵-۷].
تا کنون هیچ گزارشی از ارتقاء انتشار میدان نانولوله های کربن با استفاده از کاربیدهای فلز واسطه منتشر نشده است. ما در این مقاله یک لایه نازک هافنیم را روی ورقه های CNT رسوب داده و از طریق واکنش شیمیائی حالت جامد در دما و خلاء بالا، کاربید هافنیم روی سطح ورقه های CNT شکل می‌دهیم. این رویکرد یک روش موثر برای تولید انتشارگر با تابع کار پائین و، بنابراین، تقویت خواص انتشاری CNT ها را فراهم می‌آورد.
انتشار میدان نانولوله های کربن اندود هافنیم و آنیلینگ
۲- آزمایشات
ورقه های CNT مورد استفاده توسط روش ارتقا یافته رسوب دادن/ نشاندن پلاسمای فرکانس رادیوئی بخار شیمیائی یا بطور مخفف RF-PECVD) روی سیلیکون p (100) با مقاومت ویژه ۱۵ Ω cm آماده شدند. کاتلیزور عبارت بود ازورق آهن ۵ نانومتری از تبخیر اشعه الکترونی. هیدروژن و استیلن به عنوان منابع واکنشی برای رشد CNT ها مورد استفاده قرار گرفتند. تحت شرایط نسبت سرعت جریان H2/C2H2 برابر ۴:۱، فشار ۱۰۰ Pa و دمای رشد ۶۵۰ درجه سانتیگرد، یک زمان رشد ۱۰ دقیقه ای منتج به ورقه های CNT به قطر ۳ میکرومتر و جهت اتفاقی شد. تمام نمونه ها به قطعه های ۱۰x10 میلیمتر مربعی بریده شدند. سپس ورقه های CNT به داخل یک اتاقک خاص رسوب با اشعه یونی (IBAD) منتقل شدند و ورقه های هافنیم با قطر ۵ نانومتر روی آنها رسوب شد. در آخر، آنیلینگ در خلاء زیاد ۸X10-6 Pa برای مدت ۴ ساعت انجام شد؛ دمای آنیلینگ بترتیب ۸۰۰ و ۱۲۰۰ درجه سانتیگرد بود.
خواص انتقال میدان نمونه ها در دمای اتاق و با استفاده از یک ساختار دیود صفحه‌ای فلزی متداول اندازه گیری شدند. یک شیشه ITO اندوده به فسفر به عنوان آند برای جمع آوری جریان انتشار و انعکاس سایت های انتشار ورقه های CNT عمل میکند. ورقه های CNT و صفحه آند با جداسازهای تفلون به قطر ۲۰۰ میکرومتر از هم جداشده بودند. تصاویر توزیع های سایت انتشار رامی‌توان با چشم یا با دوربین عکاسی دید. برای اندازه گیری خواص انتشار میدان تحت خلاء های مختلف، این ساختار در اتاقک خلاء با یک فشار متغیر از ۱۰-۵ تا ۱۰-۱ پاسکال (از طریق کنترل سرعت پمپ کردن) قرار داده شد. توپولوژی سطح ورقه های CNT توسط میکروسکوپ الکترونی پویشی انتشار میدان (FESEM) مشاهده شدند. حالت های شیمیائی نمونه ها توسط طیف های فتوالکترون اشعه ایکس (XPS) مشخص گردیدند. اندازه گیریهای انکسار/ پراش زاویه کوچک اشعه ایکس (XRD) با استفاده از Cu Kα به عنوان منبع اشعه ایکس و تحت ۴۰ kV/100 mA انجام شد.
انتشار میدان نانولوله های کربن اندود هافنیم و آنیلینگ
۳- نتایج و مباحث
برای ارزیابی اثر اندودکردن هافنیم و آنیلینگ پس از آن، خواص چهار نمونه ورق CNT مشخص شد. این چهار نمونه بترتیب عبارتند از (۱) ورقه CNT رشد یافته خام (as-grown)، بدون اندودکردن با هافنیم ، (۲) ورقه CNT اندوده به هافنیم ، بدون آنیلینگ، (۳) ورقه اندوده به هافنیم و آنیلینگ شده در دمای ۸۰۰ درجه سانتیگرد به مدت ۴ ساعت، و (۴) ورقه اندوده به هافنیم و آنیلینگ شده در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگرد به مدت ۴ ساعت. از تصاویر FESEM این ورقه های نمونه هیچ تفاوت آشکاری میان آنها در شکل سطح مشاهده نشد. این ممکن است به این دلیل باشد که ورقه هافنیم نازکتر از آن ا ست که روی شکل سطح تاثیر بگذارد. در حقیقت تعداد زیادی نمونه با رسانائی ضعیف برای تعیین مشخصات از طریق SEM مورد نیاز است تا یک لایه نازک Au را تبخیر کند، که روی شکل آنها تاثیر نمی‌گذارد. نتیجتا این شباهت تاثیر شکل سطح روی انتشار میدان را کنارگذاشت.
۱-۳٫ تشکیل کاربید هافنیم
همانگونه که در شکل ۱ نشان داده شده است XPS انجام گردید. قله های C 1s مربوط به نمونه ورقه Hf اندود آنیلینگ شده در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگرد تحت یک نمودار متفاوت نشان داده شدند. واضح تر بگوئیم، نمودارها یکنواخت شده اند. شکل ۱(a) قله های C 1s مربوط به سطح نمونه را نشان می‌دهد ، که مبین وجود کربن به صورت باندهای C-O و C-C می‌باشد. در عمق ۵ نانومتری از سطح پوششی (شکل ۱(b))، یک قله در ۲۸۰٫۹ eV پدیدار شد و قله C-O ناپدید گردید. این موضوع کاملا شناخته شده است که انرژی C-O بیشتر از انرژی C-C (285.0 الکترون ولت) می‌باشد، بنابر این قله C 1s در ۲۸۰٫۹ eV را میتوان به باند Hf-C نسبت داد. بعلاوه، این مقدار با مقدار آن درهندبوک XPS (مقدار ۲۸۰٫eV) کاملا سازگاری دارد. همانگونه که در شکل ۱(c) نشان داده شده است، قله مشخصه باند خوب Hf-C در عمق پوششی ۱۵ نانومتری از سطح ناپدید شد. در آنجا فقط باند C-C وجود داشت. این نتایج چنین می‌نماید که کاربید هافنیم طی آنیلینگ در ۱۲۰۰ درجه سانتیگرد با واکنش حالت جامد از CNT ها و هافنیم تشکیل شده است. مضافا، صحت تشکیل HfC توسط XRD زاویه کوچک تایید گردید ، همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده است. اگرچه اکسیژن روی سطح وجود دارد، اما در تصویر XRD طیف HfC نسبت به HfO2 یا HfCxOy غالب بود. ما به این نتیجه رسیدیم که اکسیژن بصورت جذب شده وجود داشت تا ترکیبی. هیچ قله ای با مشخصه HfC در سه نمونه دیگر، شامل مورد با آنیلینگ در ۸۰۰ درجه، مشاهده نشد.
…
۲-۳٫ جریان انتشار
شکل ۳ انتشار میدان این ورقه های CNT را مقایسه کرده است. شکل ۳(a) نمایشگر مشخصات انتشار آنها است و ۳(b) نمودارهای فاولر نوردهایم (FN) مربوطه را نشان می‌دهد. تفاوتهای بین این ورقه ها آشکار است. نمونه اندوده به هافنیم و بدون آنیلینگ انتشار میدان را تقویت نکرده است. نمونه ا ی که در دمای ۸۰۰ درجه سانتیگرد آنیلینگ شده است دارای یک انتشار میدان بهبود یافته است، و موردی که در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد آنیلینگ شده ا ست دارای بهترین نتیجه می‌باشد.
…
۳-۳٫ چگالی سایت انتشار
علاوه بر جریان های انتشار، چگالی های سایت انتشار (ESD) نیز دارای یک تغییر قابل مشاهده می‌باشند. شکل ۴(a) تصویری است که بطریق تابش اشعه از ورق رشد یافته خام (as-grown)CNT گرفته شده است و (b) تصویر نمونه ای است که از ورق اندوده به Hf و دمای آنیلینگ ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد ساخته شده است. شکل ۴ نشان دهنده تفاوت ESD بین دو نمونه می‌باشد. تحت شدت جریان انتشار یکسان ۱ mA cm-2، الکترونهای انتشاری از مورد آخر متراکمتر و یکنواخت تر هستند.
…
۴-۳٫ پایداری انتشار
پایداری انتشار نمونه ها تحت خلاء های مختلف نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. شکل ۵ جریان انتشار نسبت به خلاء برای ورق رشد یافته خام (as-grown) و ورق اندوده به Hf با آنیلینگ ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد را نشان می‌دهد. وقتی که فشار بالاتر از ۱۰-۳ Pa بود CNT های رشد یافته خام بسرعت تنزل یافتند. اما برای ورق CNT اندوده به Hf با آنیلینگ ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد، جریان انتشار بین خلاء ۱۰-۲ و ۱۰-۵ پاسکال تقریبا یکسان می‌ماند، و هیچگونه تضعیف واضحی مشاهده نشد، که نشان دهنده پایداری انتشار حتی تحت یک خلاء غیردقیق(rough vacuum) می‌باشد. همچنانکه خلاء دچار افت بیشتری شد، هردو پارامتر چگالی سایت انتشار و درخشندگی کاهش یافتند، که بیان دارنده کاهش انتشار است. همانطور در شکل ۴ نشان داده شده است، مشاهده شد که هنگامی‌که فشار بیشتر از ۱۰-۲ Pa بود جریان اندازه گیری شده بیشتر افزایش یافت تا کاهش. این بدلیل تخلیه بار گاز تحت خلاء غیر دقیق (coarse vacuum)، و نه بدلیل افزایش جریان انتشار بود.
…
انتشار میدان نانولوله های کربن اندود هافنیم و آنیلینگ
۴- نتیجه گیری
این مقاله انتشار میدان از ورق های CNT با اندود هافنیم و آنیلینگ خلاء پس از آن را مورد ارزیابی قرار داد. نتایج XPS و XRD نشان داد که اندود کردن ورق های CNT با هافنیم به ضخامت ۵ نانومتر و سپس آنیلینگ در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد میتواند منجر به تشکیل کاربید هافنیم روی سطح CNT ها شود. تحت این عملیات، جریان انتشار میدان، چگالی سایت انتشار و پایداری انتشار بطور قابل توجهی بهبود یافتند. این رویکرد یک راه جدید برای بهبود دادن انتشار میدان، بخصوص، امکان ساخت انتشارگرهای میدان مقاوم CNT را فراهم آورد.
انتشار میدان نانولوله های کربن اندود هافنیم و آنیلینگ
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
