光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法技术

光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法。本发明专利技术涉及一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法。本制备方法包括步骤一：选择石英衬底；步骤二：将石英衬底超声清洗10~20分钟；步骤三：将超声清洗后的石英衬底气吹干；步骤四：将氧化锌ZnO绑定在铜背板上，组成ZnO靶；步骤五：将ZnO靶与石英衬底均置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内；步骤六：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶；步骤七：将射频磁控溅射仪抽真空；步骤八：将抽真空后的射频磁控溅射仪运行30~60分钟；步骤九：将运行30~60分钟的射频磁控溅射仪关闭，并取出制备完成的Ag掺杂ZnO的薄膜。本发明专利技术用于光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
在光辐照下，半导体纳米材料的导电会发生变化，进而增强场电子发射性质。而场致发射在诸多光电子器件中有着十分广泛而重要的应用，如场致发射显示器、场发射扫描电子显微镜和微波器件等，而这些器件重要的问题之一就是设计并研究性能优异的场发射材料。被称为万能材料的 ZnO，由于具有宽能带、高激子结合能、复杂的本征缺陷、超快的响应时间等特点，使其作为优异的非线性光学材料，已经得到广泛研究和应用。特别是大的击穿场强和高的载流子迁移率，大的发射电流，使得它在场发射研究领域倍受青睐。目前ZnO场发射特性研究方面，制备方法主要集中在化学方法制备的一维纳米材料，并且主要针对ZnO本身研究较多。然而，近年来由于半导体微纳结构设想的提出和制作技术的重大突破，实现了不同金属元素掺杂ZnO的各种微纳结构复合材料制备，使得ZnO半导体材料非线性光学性质和光电器件应用性能得到了很大改善。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，用以解决上述问题，提供的Ag掺ZnO纳米薄膜材料的制备方法，证明了其具有强的光场发射性能；该方法提高了薄膜型ZnO的场发射电流密度，减小了场发射开启场强。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，本制备方法包括步骤一：选择石英衬底；步骤二：将石英衬底超声清洗10~20分钟；步骤三：将超声清洗后的石英衬底气吹干；步骤四：将氧化锌ZnO绑定在铜背板上，组成ZnO靶；步骤五：将ZnO靶与石英衬底均置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内；步骤六：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶；步骤七：将射频磁控溅射仪抽真空；步骤八：将抽真空后的射频磁控溅射仪运行30~60分钟；步骤九：将运行30~60分钟的射频磁控溅射仪关闭，并取出制备完成的Ag掺杂ZnO的薄膜。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤一中：选择石英衬底后先进行双面抛光。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤二中：将石英衬底超声清洗的过程是：首先将石英衬底放入无水乙醇中超声清洗10~20分钟，取出后在去离子超声清洗10~20分钟。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤三中：将超声清洗后的石英衬底用纯氮气吹干。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤四中：将氧化锌ZnO片连接在铜背板上，组成ZnO靶。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤五中：将ZnO靶与石英衬底均放置在底座后，再置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤六中：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶，Ag靶为Ag片。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤七中：将射频磁控溅射仪按照压强为6.0×10-4 Pa进行抽真空。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤八中：射频磁控溅射仪运行按照以下条件进行运行：射频溅射源的功率为80W~120W，直流溅射源的功率为15W~25W，工作气压为1~3Pa，射频磁控溅射仪内的溅射气体为纯氩气Ar，纯氧气O2作为反应气体，纯氩气Ar与纯氧气O2的体积比为2∶1，石英衬底的温度保持在90°C~110°C。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，制得的Ag掺杂ZnO薄膜的场发射特性的测试包含以下步骤：步骤一：将制得的Ag掺杂ZnO薄膜切割成0.5cm2作为阴极，将铜电极作为阳极；步骤二：用玻璃丝将阴极与阳极隔离，间隔距离为100微米；步骤三：在阴极与阳极之间加可调节电压；步骤四：将准备好的阴极与阳极送入KEITHLEY2410真空测试系统进行测试。有益效果：1.本专利技术采用半导体掺杂技术，解决现有的薄膜型ZnO发射材料场发射开启电压大、发射电流密度小的不足，为新一代平板显示器-场发射显示器(FED)提供性能优良的发射材料及制备方法。2.本专利技术的Ag掺杂提高了ZnO薄膜的费米能级，降低了其功函数，即一定程度上降低了表面隧穿势垒高度，增大了场发射电流密度。3.本专利技术的Ag原子在晶格中更多的以替代Zn位形式存在。能形成更多的正电子中心和施主能级。由于正电中心的束缚力比晶格对参加离子键的价电子的束缚能力小的多，因此将会有更多的电子解脱束缚而热激发到导带，从而提供了更多的电子源，提高了场发射电流密度。附图说明：附图1是本专利技术Ag掺杂ZnO薄膜的XRD图谱。附图2是本专利技术Ag掺杂ZnO薄膜的参考尺度为1微米的扫描电镜(SEM)图。附图3是本专利技术Ag掺杂ZnO薄膜的参考尺度为500纳米的扫描电镜(SEM)图附图4是本专利技术Ag、Zn与O的示意图。附图5是本专利技术Ag掺杂ZnO薄膜的EDX图谱。附图6是本专利技术Ag掺杂ZnO的Ag-Zn site图。附图7是本专利技术Ag掺杂ZnO的Ag-O site图。附图8是本专利技术Ag掺杂ZnO的Ag on interstitial site图。附图9是本专利技术不同光功率Ag掺杂ZnO薄膜的J-E曲线。附图10是本专利技术不同光功率Ag掺杂ZnO薄膜的F-N曲线。具体实施方式：实施例1一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，本制备方法包括步骤一：选择石英衬底；步骤二：将石英衬底超声清洗10~20分钟（优选15分钟）；步骤三：将超声清洗后的石英衬底气吹干；步骤四：将氧化锌ZnO绑定在铜背板上，组成ZnO靶；步骤五：将ZnO靶与石英衬底均置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内；步骤六：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶；步骤七：将射频磁控溅射仪抽真空；步骤八：将抽真空后的射频磁控溅射仪运行30-60分钟（优选30分钟）；步骤九：将运行30-60分钟（优选30分钟）的射频磁控溅射仪关闭，并取出制备完成的Ag掺杂ZnO的薄膜。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤一中：选择石英衬底后先进行双面抛光。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤二中：将石英衬底超声清洗的过程是：首先将石英衬底放入无水乙醇中超声清洗10~20分钟（优选15分钟），取出后在去离子超声清洗10~20分钟（优选15分钟）。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤三中：将超声清洗后的石英衬底用纯氮气吹干。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤四中：将氧化锌ZnO片连接在铜背板上，组成ZnO靶。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤五中：将ZnO靶与石英衬底均放置在底座后，再置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内。所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，步骤六中：在射频磁控溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：本制备方法包括步骤一：选择石英衬底；步骤二：将石英衬底超声清洗10~20分钟；步骤三：将超声清洗后的石英衬底气吹干；步骤四：将氧化锌ZnO绑定在铜背板上，组成ZnO靶；步骤五：将ZnO靶与石英衬底均置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内；步骤六：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶；步骤七：将射频磁控溅射仪抽真空；步骤八：将抽真空后的射频磁控溅射仪运行30~60分钟；步骤九：将运行30~60分钟的射频磁控溅射仪关闭，并取出制备完成的Ag掺杂ZnO的薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：本制备方法包括步骤一：选择石英衬底；步骤二：将石英衬底超声清洗10~20分钟；步骤三：将超声清洗后的石英衬底气吹干；步骤四：将氧化锌ZnO绑定在铜背板上，组成ZnO靶；步骤五：将ZnO靶与石英衬底均置于射频磁控溅射仪的射频溅射射源内；步骤六：在射频磁控溅射仪的直流溅射射源内装入银Ag靶；步骤七：将射频磁控溅射仪抽真空；步骤八：将抽真空后的射频磁控溅射仪运行30~60分钟；步骤九：将运行30~60分钟的射频磁控溅射仪关闭，并取出制备完成的Ag掺杂ZnO的薄膜。2.根据权利要求1所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：步骤一中：选择石英衬底后先进行双面抛光。3.根据权利要求1所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：步骤二中：将石英衬底超声清洗的过程是：首先将石英衬底放入无水乙醇中超声清洗10~20分钟，取出后在去离子超声清洗10~20分钟。4.根据权利要求1所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：步骤三中：将超声清洗后的石英衬底用纯氮气吹干。5.根据权利要求1所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性能带有纳米叶的薄膜材料及其制备方法，其特征是：步骤四中：将氧化锌ZnO片连接在铜背板上，组成ZnO靶。6.根据权利要求1所述的光场辅助Ag掺杂ZnO强发射性...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚成宝，杨守斌，励强华，张可心，文杏，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23