[发明专利]逸出功的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逸出功的测量方法，尤其涉及一种场发射材料的逸出功的测量方法。

背景技术

金属材料表面在某些情况下能发射出自由电子，这种现象叫表面发射。自由电子的产生是由于金属内的电子得到能量，克服内部的吸引力而逸出金属。一个电子逸出金属所需能量叫逸出功，其单位为电子伏(eV)。不同金属材料逸出功的大小不一样。金属材料的表面发射根据其原因一般可分为热发射与场致发射。当金属的温度升高到一定值时，其表面的电子能获得足够的动能以克服内部的吸引力从金属表面逸出成为自由电子。这种主要是由于热作用而引起的发射称为金属表面的热电子发射。当金属表面存在较高的电场强度时，在电场作用下，由于隧穿效应电子从金属表面逸出，形成强电场发射电子。因为场发射在常温下即可发生，故又称冷发射。强电场发射的电流密度与温度、逸出功、金属表面的场强大小有关。此外，还有由于光或射线照射金属表面引起电子从金属表面逸出的现象称为光发射和由于高速的正离子撞击阴极、电子撞击阳极而形成的发射电子称为二次发射两种形式。研究金属材料表面发射的目的之一，是选择合适的阴极材料，此时，逸出功的测量成为研究金属材料表面发射的关键。

传统的逸出功测量方法一般利用热电子发射的方法来测量金属材料的逸出功。该方法通过将被测金属材料作为真空二极管的阴极电极，并通以电流加热，同时，在真空二极管的阳极电极加正电压。金属材料阴极电极的加热使其中大量电子克服表面势垒而逸出。并且，逸出的电子在阳极电场作用下从阴极到达阳极，持续不断的热电子发射使得在连接这两个电极的外电路中形成电流。依据里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式，通过测定阴极温度、阳极电压与发射电流后，即可得出逸出功的大小。然而，通过热电子发射方法测量逸出功受到很大程度的限制，其需要将阴极电极加热到较高温度，且在测量多种材料的逸出功时，所测得的逸出功的准确度无法保证。

因此，提供一种在常温下能够准确测量多种材料的逸出功的方法成为必要。

发明内容

以下，将以若干实施例说明一种在常温下能够准确测量多种材料的逸出功的方法。

一种逸出功的测量方法，其包括以下步骤：提供一个碳纳米管场发射电子源作为阴极和一个与该阴极相隔预定距离设置的阳极；在真空环境下施加电压于该场发射电子源并测量其场发射电流-电压曲线；在该碳纳米管场发射电子源的碳纳米管表面形成一层待测逸出功的场发射材料；在与上述距离相同的条件下测量形成有待测场发射材料层的碳纳米管场发射电子源的电流-电压曲线；根据福勒-诺德汉方程，依据测得的电流-电压曲线图可得到场发射电子源发射电子的福勒-诺德汉曲线示意图，并进一步得到待测场发射材料的逸出功。

该碳纳米管场发射电子源的制造方法可选择为在显微镜下操纵碳纳米管用导电胶固定到导电基体上，在导电基体上直接生长碳纳米管或者采用电泳法组装碳纳米管到导电基体上。

该待测逸出功的场发射材料的形成方法包括以下步骤：在碳纳米管表面形成一金属层；碳化该金属层形成场发射材料。

该金属材料为钛、锆、铪、铌或钽。

金属层的形成方法选自磁控溅射法或电子束蒸发法。

该待测逸出功的场发射材料的形成方法为将待测逸出功的场发射材料通过溅射直接形成于碳纳米管表面。

该场发射材料为碳化钛、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽、六硼化镧或镧。

该预定距离为500微米。