碳纳米管场发射器件放气特性分析及其对场发射性能的影响

摘要

为了研究场发射冷阴极电流跌落机制,采用四极质谱仪实时分析的方法研究了碳纳米管阴极场发射器件的放气特性及工作状态下器件内残余气体对阴极场发射性能的影响.结果表明:碳纳米管阴极场发射器件工作时,放出气体的主要成份是H_2,CO_2,CO;随着阴极发射电流密度的增加,气体成份的分压也随着增加.碳纳米管阴极的场发射性能,例如开启场强、阈值场强和场发射电流密度都与放出气体压强密切相关.碳纳米管阴极在压强为2.1×10^(-3)Pa的残余气体环境下工作1.5 h后,开启场强和阈值场强相应增加了29.4%和50.0%.阴极受残余气体影响,一方面阴极发射材料表面功函数增加;另一方面阴极发射体场增强因子减小.增大的功函数和减小的场增强因子降低了阴极的场发射性能.因此,场发射器件放气是阴极电流跌落的重要原因.