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Effect of Hydrogen Chemisorption on the Field Emission Property of Nano-Amorphous Carbon Film
Author(s): 
Pages: 58-61
Year: Issue:  1
Journal: VACUUM ELECTRONICS

Keyword:  功函数非晶碳膜氢吸附密度泛函理论;
Abstract: 采用微波等离子体化学气相沉积系统在陶瓷衬底上制备了具有sp2键价结构的纳米非晶碳膜.用Raman谱、XPS谱、SEM和XRD等手段分析了薄膜结构.样品经过多次场发射测试后I-U曲线趋于稳定,然后用氢等离子体处理使碳膜表面重新吸附氢.可以发现氢吸附后场发射电流增加,相应的F-N直线的斜率减小.根据F-N理论,F-N直线的斜率正比于ψ3/2β,其中Φ是表面功函数,β是取决于形貌的场增强因子,由SEM观察可知氢吸附后样品的形貌没有变化,F-N直线的斜率减小意味着功函数的降低,即氢吸附可降低sp2碳膜表面的功函数从而提高了场发射电流.为了验证以上推论,采用密度泛函理论计算了氢原子和氢离子吸附对sp2碳表面功函数的影响.作为近似,用石墨(0001)面来代表sp2非晶碳,计算了氢原子和氢离子在石墨(0001)表面不同的位置以1/2覆盖度化学吸附后石墨(0001)表面的真空能级、费米能级和表面功函数.计算结果显示氢原子和氢离子吸附后石墨(0001)表面的功函数可降低0.6和2.5 eV左右.这和从实验中得到的结论基本一致.
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