热氧化处理对CeB6单晶表面场发射性能的调控机制及钝化层效应

本文聚焦低功函数材料CeB6单晶（(1?0?0)与(3?1?0)晶面）的热氧化行为，通过同步辐射光电子能谱（SRPES）揭示氧暴露后表面电子态演变规律。研究发现热氧化形成的B2O3钝化层可稳定表面功函数至3.26?eV，并通过亚表层调控创造新型低阈值场发射位点，为高性能电子发射器设计提供新策略。

　　

Highlight

低功函数CeB₆作为新一代场发射材料面临氧敏感性挑战。本研究通过热氧化处理在(3?1?0)晶面构建B₂O₃钝化层，使功函数稳定在3.26?eV（显著低于氧暴露表面的4.02?eV），并诱导出低阈值电压的新型发射位点。

Experimental Methods

采用直径2.0?mm的(1?0?0)/(3?1?0)取向CeB₆单晶，在1×10^?7?Pa超高真空（UHV）中经1400℃电流加热清洁后，利用同步辐射光电子能谱（SRPES）和低能电子衍射（LEED）表征表面状态。

Result and discussion

• LEED显示(3?1?0)晶面存在阶梯结构相关长周期序（图1）

• 热氧化使Ce³⁺转化为Ce⁴⁺，同时形成数层B₂O₃保护膜

• 场发射测试发现氧化后发射图案重构，阈值电压降低约20%

Conclusion

热氧化处理通过"以攻为守"策略，将CeB₆固有的氧反应性转化为表面稳定化优势，为开发兼具低功函数和抗氧化的场发射体开辟新路径。