氮化铝纳米锥有序阵列的低温制备

　　一 引言

　　氮化铝拥有低电子亲和势（< 0.6 eV），可能在低电场下使电子逸出表面而实现场电子发射，并且热稳定性好、硬度高和热传导率高，使得人们对其一维纳米结构的场发射特性充满期待。国内外已有一些研究小组 [1, 2]对氮化铝一维纳米结构的制备和物理特性进行研究，并获得一些结果，但对氮化铝一维纳米结构的低温制备方法以及场发射特性的研究报道还很少。本文使用化学气相沉积法在700℃的条件下，成功合成氮化铝纳米锥阵列，并对其进行结构表征及场发射特性的研究。

　　二 实验

　　将涂有催化剂Fe₃O₄纳米粒子的硅片放入水平管式炉内。本实验以AlCl₃粉末作为源材料， N₂/NH₃气为载气来制备纳米结构。先在300℃保温30min，升温速率为10℃/min，然后再升温至700℃，保温4小时，反应结束后在硅片表面得到灰白色的薄膜状产物。我们使用扫描电子显微镜，X射线衍射仪和透射电子显微镜对样品进行表征，并利用场发射综合分析仪测试纳米结构的场发射特性。

　　三 结果与分析

　　产物为定向垂直生长的AlN纳米锥阵列。纳米锥长约为500 nm，顶端直径小于10nm，长径比大于50。XRD结果表明产物是六方结构的氮化铝单晶。谱图中只有{002}衍射峰，这说明纳米锥样品的取向性很好。从HRTEM结果中，我们发现A1N纳米锥具有良好的单晶结构，生长方向为[001]，和其择优生长方向一致。场发射测试的结果表明，A1N纳米锥的开启电场(电流密度为10 µA/cm²)约为5 V/µm，阈值电场(电流密度为1mA/cm2)约为9 V/µm，最高电流密度可达3 mA/ cm²，这些结果可以和一些优秀的阴极纳米材料相比拟。所以 AlN纳米锥在场发射领域有着很好的应用前景。

　　参考文献：

　　[1] C. Liu, Z. Hu et al, Appl. Surf. Scie. 251, 220 (2005).
　　[2] J. H. He, R. Yan et al, Adv. Mater. 18, 650 (2006).

　　致谢：

　　本项目由国家青年基金、教育部青年教师启动基金、国家自然基金会－广东省联合基金重点项目以及中山大学青年教师启动基金共同资助。