Abstract
奈米碳管與碳奈米線具有質量輕、高強度、高韌性、可撓曲、高表面積、高熱導度和良好場發射特性等優越性質，因此也就衍生了許多新的應用。由於奈米碳管與碳奈米線具低起始電場與高電流密度的特性，故目前以應用於場發射顯示器（CNTs-FED）為主。本實驗的目的是找出最佳的成長條件，以符合場發射顯示器的應用。本實驗以微波加熱化學氣相沉積法（microwave-heated chemical vapor deopsition：MH-CVD）成長碳奈米材料，利用E-gun蒸鍍機，將不同鎳膜厚度蒸鍍於基板上做為催化金屬。成長完成之碳膜先經由場發射掃描式電子顯微鏡（FE-SEM）和穿透式電子顯微鏡（TEM）做顯微結構觀測與分析，藉以了解碳奈米材料的結構與結晶性，再藉由Raman光譜分析碳奈米結構結晶性比例，因碳奈米結構之結晶性關係著場發射特性的好壞。最後進行場發射特性量測。目前本實驗在成長碳奈米材料上已有重大進展，其中碳奈米材料包含奈米碳管與碳奈米線。在不對催化金屬做前處理製程，且不添加任何電場下，也能成長出垂直於基板之奈米碳管與碳奈米線，且奈米碳管與碳奈米線之直徑分布可達到相當均勻的程度。另一方面，對於大面積成長奈米碳管與碳奈米線，最大之成長面積可達3英吋（inch），且碳奈米結構具高密度與高均勻性。本實驗將碳奈米材料場發射特性推至最佳化，能成長出具優異場發射特性的奈米碳管與碳奈米線：起始電場小於0.1 V/mm，當電場在1.5 V/mm時電流密度已達到10 mA/cm2，且最大的電流密度可達463.16 mA/cm2。本實驗除了在矽基板上成長奈米碳管與碳奈米線外，也在ITO玻璃與金屬基板上成長碳奈米材料。在金屬基板方面，由實驗結果可知，碳奈米結構相當均勻，且具有高密度。在ITO玻璃上所成長之碳奈米材料，其成長溫度在510℃左右，成長時間為30分鐘，鎳膜厚度是100 nm，奈米碳管與碳奈米線也呈現良好之場發射性：起始電場在0.39 V/mm，電場在4.39 V/mm時電流密度為10 mA/cm2，最大電流密度可達10.46 mA/cm2。綜合以上的結果可知，本實驗在矽基板和ITO玻璃上成長奈米碳與碳奈米線，已達到場發射顯示器之使用標準。以本實驗所得之實驗結果，應能對場發射顯示器之發展有所貢獻，使得場發射顯示器之效能獲得提升。