引言

   氮化铝半导体特点：

           高热导，低热膨胀系数(接近硅），优异的力学强度和化学稳定性，低电子亲和势

   氮化铝半导体应用：

           电子封装，高频电子器件，声光，压电装置和场发射器件

   氮化铝纳米管或纳米线制备方法：温度超过1000°的电弧法、纳米碳管模板法或铝粉氮化法

    低温制备氮化铝纳米尖端及其场发射对于得到其器件非常重要。

实验

      埃费尔塔状氮化铝纳米尖端的制备：

          装置：电弧炉

          原料： 铝和三氧化二铁纳米颗粒混合物＋700°＋NH₃反应气体

      埃费尔塔状氮化铝纳米尖端的场发射性能：

          阴极和阳极距离100毫米

          压力：5.0×10^-9Torr

          电流精度：10^-11A

结果与讨论

硅基体产物的XRD谱线

氮化铝纳米尖端阵列SEM照片， (a) 俯视 (b) 侧视 (c)高倍 (d) EDS分析

TEM照片(a) SAED图样(b) 单根氮化铝纳米尖端TEM照片(c)

     化学反应：

2Al(l) +2NH₃(g)→ 2AlN(s) + 3H₂(g)             ΔG = -401.72 kJ/mol (1)

6Al (l) + Fe₂O3(s) → 3Al₂O(g) + 2Fe(s)        ΔG = -106.69 kJ/mol (2)

Al₂O(g) + 2NH₃(g)→ 2AlN(s) + H₂O(g) + 2H₂(g)  ΔG = -518.22 kJ/mol (3)

氮化铝纳米尖端的生长过程示意图(a) 在制备过程一半时间得到产物的SEM照片(b)

氮化铝纳米尖端的场发射电流与施加电压的函数关系(a) 插图是相应Fowler-Nordheim图及其场发射电流的稳定性(b)。

结论

埃费尔塔状氮化铝纳米尖端阵列生长在700°垂直硅基体；

单晶氮化铝纳米尖端沿着[001]方向，具有10-100nm直径和数微米基，具有10⁶-10⁷个/cm²

     的均匀分布的密度；

实验证明Fe₂O₃在制备过程中具有重要作用，纳米尖端生长过程是气固反应过程；

对于10A/cm²电流密度场发射开启电压4.7V/m，与纳米碳管相当；

四小时内10mA/cm²场发射电流密度波动小于1%；

垂直生长在硅基体上埃费尔塔状氮化铝纳米尖端可望用于场发射装置和原子力显微镜探针。

App Phys Lett封面，更多可参考: Appl Phys Lett 86: 233104 2005