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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:高穎耀
研究生(外文):Yin-Yao Kao
論文名稱:單根開口多壁奈米碳管的場發射特性
論文名稱(外文):Field emission of open-tipped multiwalled individual carbon nanotubes
指導教授:李明威李明威引用關係
指導教授(外文):Ming-Way Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:物理學系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:奈米碳管場發射
外文關鍵詞:CNTField emission
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本實驗使用尖端型態為開口型的多壁奈米碳管,藉由電子束微影的技術製作出單根場發射樣品,製作完後將樣品放入高真空測量系統中測量樣品。測量完樣品後,利用Fowler-Nordheim方程式來分析結果,然後可得到場增強因子β、場發射起始電壓Vto。本實驗的分析重點在:場增強因子β、場發射起始電壓Vto與單根奈米碳管的幾何情況之關係。
實驗後,我們再將樣品以開口奈米碳管尖端型態分成規則型與不規則型。經分類討論後,我們得到場增強因子β與碳管尖端到陽極的距離d、碳管尖端到陽極的距離d和碳管半徑r之比值d/r都呈現良好線性正比關係。用β=β0(1+d/kr)方程式分析,其中β0與1/k兩個參數,會有「尖端開口不規則型」大於「尖端開口規則型」的情形。
In the experiment, we used the method of electron-beam lithography to make field emission samples of open-tipped multiwalled individual carbon nanotubes. The completed samples were measured in a high vacuum system. Following measurement, we used the Fowler-Nordheim equation to analyze the emission current-voltage relations, which then yielded the field enhancement factor β and the threshold voltage Vto. The focus of this experiment is the relationship between the field enhancement factor β, the threshold voltage Vto and the geometric status of the field emission samples.
We assorted the tips of the open-tipped multiwalled carbon nanotubes. The tips of the smaples can be divided into two types:”open-tipped with regular end” and “open-tipped with irregular end”. After analysis, we obtained a linear dependence of field enhancement factor β on the distance d between the nanotube tip and its counteranode. We also obtained a linear dependence of field enhancement factor β on the ratio d/r of the distance d and the radius r of carbon nanotube. The relationship follows the linear equation : β=β0(1+d/kr), where β0 and 1/ k for “ open-tipped with irregular end ” are greater than that of “open-tipped with regular end ”
第一章 前言 1
1-1奈米碳管結構與種類 1
1-2奈米碳管的製程 2
1-3奈米碳管的特性與應用 3
1-4實驗研究動機 4
第二章 場發射實驗運用原理 5
2-1場發射原理 5
2-2 FOWLER-NORDHEIM方程式 7
2-3場增強因子理論 10
第三章 儀器簡介與樣品製作量測 11
3-1儀器設備簡介 11
3-1-1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 11
3-1-2原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope;AFM) 13
3-1-3熱蒸鍍(Thermally Evaporation)鍍膜系統 14
3-1-4旋轉塗佈機 15
3-1-5金線打線機 16
3-1-6真空量測系統 17
3-2樣品製作 18
3-2-1奈米碳管來源 18
3-2-2基板製程 19
3-2-3定位金點製作 20
3-2-4奈米碳管溶液配製與滴撒 21
3-2-5奈米碳管的定位與電極設計 22
3-2-6 電子束微影 22
3-2-7用AFM修正樣品 26
3-3樣品量測 27
3-3-1 樣品打線 27
3-3-2測量系統 27
3-3-3測量方式 29
第四章 實驗結果與分析 30
4-1樣品分類 30
4-2分析過程 31
4-2-1基板漏電測量 31
4-2-2場發數據分析流程 32
4-3樣品量測數據 35
4-3-1開口規則型 35
4-3-2 開口不規則型 56
4-4數據分析討論 69
4-4-1場增強因子β對奈米碳管的高度h和碳管半徑r的關係 70
4-4-2場增強因子β對陽極到碳管尖端距離d和半徑r的關係 73
4-3-4起始電壓Vto對場增強因子β、h/r和半徑d/r的討論 76
第五章 總結 79
參考資料 81
[1]Iijima S. Nature ,354(1991),56.
[2]奈米碳管,五南書局,成會明編著,張勁燕校訂。
[3]Ming-Way LEE, Yu-Shen CHEN, Wei-Ciao LAI, Yuen-Wuu SUEN, and Jong-Ching WU, J. J. Appl. Phy.,46(2007),430.
[4]Yuan Cheng, Otto Zhou , C. R. Physique 4 ,(2003),1021.
[5]R. H. Fowler and L. W. Nordheim , Proc. Ror. Soc. London, Ser.A 119(1928),173.
[6]R. C. Smith, R. D. Forrest, J. D. Carey, W. K. Hsu, and S. R. Silva,Appl. Phys. Lett. 87 (2005), 013111.
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[8]C. J. Edgcombe, and U. Valdrè, J. Microsc. 203, 188 (2001)
[9]J. Y. Huang, K. Kempa, S. H. Jo, S. Chen, and Z. F. Ren, Appl. Phys. Lett. 87(2005), 053110.
[10]Zhi Xu, X. D. Bai, and E.G. Wang, Appl. Phys. Lett. 88(2006), 133107.
[11]G.Binning ,H.Rohrer, C.Gerber and E.Weibel, Phys .Rev. Lett, 49(1982), 57.
[12]J. M. Bonard, J. P. Salvetat, T. Stöckli, L. Forr´o, A. Châtelain, Appl. Phys. A 69(1999), 245.
[13]Zhi Xu, X. D. Bai, and E.G. Wang, Appl. Phys. Lett. 87(2005), 163106.
[14]陳育生,「單根奈米碳管幾何參數對場發射特性研究」,中興物理研究所。
[15]奈米材料分析,滄海書局,黃惠忠等編著,洪敏雄校閱。
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