【摘 要】
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传统的光阴极材料一般为碱金属(合金)以及具有负电子亲和势的III-V族半导体,主要的特点是量子效率较高,但是对使用环境要求很严苛。与传统光阴极材料相比,一维的纳米材料碳纳米管虽然在稳定性、制备及保存成本、使用寿命等方面具有一定的优势,但是也存在一个很大的问题就是量子效率较低,碳纳米管的优越性能仍然没有完全释放出来。本文分析了基于碳纳米管的光电发射电子源的特征,针对当前其量子效率与实用化指标差距较大
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传统的光阴极材料一般为碱金属（合金）以及具有负电子亲和势的III-V族半导体,主要的特点是量子效率较高,但是对使用环境要求很严苛。与传统光阴极材料相比,一维的纳米材料碳纳米管虽然在稳定性、制备及保存成本、使用寿命等方面具有一定的优势,但是也存在一个很大的问题就是量子效率较低,碳纳米管的优越性能仍然没有完全释放出来。本文分析了基于碳纳米管的光电发射电子源的特征,针对当前其量子效率与实用化指标差距较大的瓶颈问题,提出两种方法以提升其量子效率:图案化处理的方法以充分增强边缘效应;利用金纳米颗粒修饰碳纳米管表面,借助等离激元共振效应来实现增强的光吸收和局域电场增强。本文的主要研究内容及成果如下:（1）利用紫外光刻工艺以及化学气相沉积的方法制备完成20μm×20μm的正方形阵列碳纳米管,并且搭建了高真空光电测试平台。在800 nm飞秒脉冲激光的激励下测试光电发射性能,测试结果表明图案化处理后碳纳米管光阴极的量子效率从1.23×10-5提升到4.51×10-5,分析其光电发射机制为光致场发射。并且制备了不同占空比的碳纳米管阵列阴极,测试表明图案化处理均可以提升碳纳米管阴极的光电发射性能。（2）利用热蒸发以及热退火的方法制备了不同尺寸的金纳米颗粒,测试了不同尺寸金纳米颗粒的吸收光谱,测试结果表明制备得到的金纳米颗粒具有局域等离激元效应。利用同样的工艺制备完成金纳米颗粒修饰的碳纳米管,用800 nm的飞秒脉冲激光作为激励光源测试其光电发射性能,测试结果表明经过金纳米颗粒修饰后碳纳米管阴极的量子效率从3.69×10-6提升到5.31×10-6,分析其光电发射机制在光功率较低时为多光子吸收,光功率较高时为光致场发射。最终制备了不同尺寸金纳米颗粒修饰的碳纳米管阴极,光电测试结果表明修饰金纳米颗粒均可以提升碳纳米管阴极的光电发射性能。
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