专利名称：一种复合式场致发射阴极结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合式场致发射阴极结构及其制备和老炼方法。属于电子器 件制造的技术领域，
背景技术：
在高电场作用下，因为隧穿效应，电子从阴极表面逸出，形成场致发射。与 热阴极相比较，场致发射阴极具有功耗小、启动快以及可以大面积制备等优点， 在平板显示器件和真空电子器件中具有很大的应用前景。
最初人们采用金属微尖或者硅锥阵列做为电子的场致发射体。虽然采用微尖 阵列可以获得较高的电场增强因子，但是此类场致发射阴极制备工艺复杂，成本 高昂，难以大面积制备。除此之外，微尖场发射阴极的发射稳定性较差，容易发 生过流时阴极发射体的损伤。紧随微尖阵列冷阴极，人们又研究了薄膜冷阴极， 如金刚石薄膜和类金刚石薄膜等。薄膜冷阴极制备工艺相对简单，且易于大面积 成膜。但是，在薄膜冷阴极中，发射体的电场增强因子较小，从而影响了薄膜冷 阴极的场发射性能。
进入二十一世纪，对场发射冷阴极的研究热点转移向准一维纳米材料。准一 维纳米材料的制备相对简单，而且有可能实现大面积印刷或者定向生长。由于准 一维纳米材料具有很高的长径比，其电场增强因子可以达到数千乃至上万。因此， 准一维纳米材料场致发射阴极具有比微尖阵列阴极和薄膜阴极更好的发射性能 和实用价值。
在准一维纳米材料场致发射阴极中，电子的发射均匀性和发射稳定性是衡量 其发射性能的重要参数。采用普通的碳纳米管、纳米氧化锌或者其它纳米材料做 为场致发射体，由于纳米材料本身结构的不均匀性以及它们在浆料中分散的不均 匀性，造成准一维纳米材料场发射冷阴极发射均匀性较差，同时影响了其发射稳 定性。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种发射性能优良，制备工艺简单的一种复 合式场致发射阴极结构及其制备方法。
技术方案针对准一维纳米材料场致发射阴极所存在的问题，本发明提出一 种复合式场发射阴极结构。在该结构中，采用纳米结构氧化锌做为场致发射体。 但是，该氧化锌场致发射体不是直接沉积在阴极电极上。本发明在氧化锌场致发 射体和阴极电极之间增加了一层碳纳米纤维做为过渡层。由于采用了过渡层，提 高了场致发射体与电极之间的附着性能，从而改进了场致发射阴极的发射均匀性 和稳定性。
本发明的复合式场致发射阴极结构以阴极基板为基板，在阴极基板上设有阴 极电极，在阴极电极上设有碳纳米管过渡层，在碳纳米管过渡层上设有纳米结构 的氧化锌场致发射层组成场致发射阴极，在场致发射阴极上设有隔离体，在隔离 体上设导电的阳极基板组成复合式场致发射阴极结构。
复合式场致发射阴极的制备方法为
a) .在阴极基板上采用印刷或者镀膜的方法制备阴极电极；
b) .在阴极电极上上采用丝网印刷的方法制备碳纳米管过渡层，碳纳米管纤 维层厚度在1微米至10微米之间，将其在烧结炉中烘烤1(T30分钟，烘烤温度 为300。C 500。C;
c) .自然冷却基板及碳纳米管过渡层，在冷却后的碳纳米管过渡层上丝网印
刷氧化锌发射层，发射层厚度在2微米至10微米之间；
d) .将阴极基板、阴极电极、碳纳米管过渡层及纳米结构氧化锌发射层组 成的场致发射阴极置于烧结炉中烘烤10 30分钟，烘烤温度为300 500度；
e) .自然冷却基板、阴极电极、碳纳米管过渡层和纳米结构氧化锌场发射层 (4)组成的场致发射阴极至室温，形成复合式场致发射阴极结构；
f) .在阴极基板上制备隔离体，
g) .在隔离体上设置导电的阳极基板，将阴极玻璃基板与阳极玻璃基板封 接排气，形成器件内的真空工作环境。
本发明的复合式场发射阴极的老炼激活方式为在阴极和阳极基板上施加脉
冲高电压，使氧化锌发射体和碳纳米管同时产生电子发射。在发射电流的作用下， 碳纳米管和氧化锌发射体结合更加紧密，发射均匀性也得以有效的提高。本发明的的阴极结构与现有的场发射阴极结构不同之处为在纳米氧化锌场 致发射层与阴极电极之间增加了碳纳米纤维层。
有益效果在本发明中，由于在阴极电极和纳米氧化锌场致发射层之间增加 了碳纳米纤维过渡层，氧化锌场发射体与阴极电极之间的附着性能得以改善，从 而避免了大电流发射时发射体的损毁。因此，采用本发明的复合式场发射阴极结 构，可以提高电流发射的均匀性和稳定性。
图1是本发明所提出的复合式场发射阴极结构示意图。 其中有阴极基板1、阴极电极2、碳纳米纤维层3、氧化锌场发射体4、隔 离体5、阳极基板6。
具体实施例方式
本发明的复合式场致发射阴极结构以阴极基板1为基板，在阴极基板1上设 有阴极电极2，在阴极电极上丝网印刷碳纳米管过渡层3在碳纳米管过渡层3上 设有纳米结构的氧化锌场致发射层4组成场致发射阴极，在场致发射阴极上设有 隔离体5，在隔离体5上设导电的阳极基板6组成复合式场致发射阴极结构。利 用该二极管结构可以对复合式场发射阴极老炼激活。
其制备的方法为-
a) .在阴极基板l上采用印刷或者镀膜的方法制备阴极电极2;
b) .在阴极电极上2上采用丝网印刷的方法制备碳纳米管过渡层3，碳纳米 管纤维层厚度在1微米至10微米之间，将其在烧结炉中烘烤1CT30分钟，烘烤 温度为300。C 500。C;
c) .自然冷却基板1及碳纳米管过渡层3，在冷却后的碳纳米管过渡层(3) 上丝网印刷氧化锌发射层4，发射层厚度在2微米至10微米之间；
d) .将阴极基板1、阴极电极2、碳纳米管过渡层3及纳米结构氧化锌发射 层4组成的场致发射阴极置于烧结炉中烘烤1CT30分钟，烘烤温度为30CT500 度；
e) .自然冷却基板l、阴极电极2、碳纳米管过渡层3和纳米结构氧化锌场 发射层4组成的场致发射阴极至室温，形成复合式场致发射阴极结构；f) .在阴极基板(1)上制备隔离体(5)，
g) .在隔离体(5)上设置导电的阳极基板(6),将阴极玻璃基板与阳极玻璃基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。
老炼激活方法为在阴极和阳极基板上施加脉冲高电压，使氧化锌发射体和
碳纳米管同时产生电子发射。在发射电流的作用下，碳纳米管和氧化锌发射体结合更加紧密，发射均匀性也得以有效的提高。
权利要求
1、一种复合式场致发射阴极结构，其特征是该结构以阴极基板(1)为基板，在阴极基板(1)上设有阴极电极(2)，在阴极电极上设有碳纳米管过渡层(3)，在碳纳米管过渡层(3)上设有纳米结构的氧化锌场致发射层(4)组成场致发射阴极，在场致发射阴极上设有隔离体(5)，在隔离体(5)上设导电的阳极基板(6)组成复合式场致发射阴极结构。
2. —种如权利要求1所述的复合式场致发射阴极的制备方法，其特征是制 备的方法为-a) .在阴极基板(1)上采用印刷或者镀膜的方法制备阴极电极(2);b) .在阴极电极上(2)上采用丝网印刷的方法制备碳纳米管过渡层(3)，碳纳 米管纤维层厚度在1微米至10微米之间，将其在烧结炉中烘烤10 30分钟，烘 烤温度为300°(T500°C;c) .自然冷却基板(1)及碳纳米管过渡层(3)，在冷却后的碳纳米管过渡层(3) 上丝网印刷氧化锌发射层(4)，发射层厚度在2微米至10微米之间；d) .将阴极基板(1)、阴极电极(2)、碳纳米管过渡层(3)及纳米结构氧化 锌发射层(4)组成的场致发射阴极置于烧结炉中烘烤10 30分钟，烘烤温度为 300 500度；e) .自然冷却基板(l)、阴极电极(2)、碳纳米管过渡层(3)和纳米结构氧化 锌场发射层(4)组成的场致发射阴极至室温，形成复合式场致发射阴极结构；f) .在阴极基板(1)上制备隔离体(5)，g) .在隔离体(5)上设置导电的阳极基板(6)，将阴极玻璃基板与阳极玻璃 基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。
全文摘要
一种复合式场致发射阴极结构及其制备方法，其制备的方法为a)在阴极基板(1)上采用印刷或者镀膜的方法制备阴极电极(2)；b)在阴极电极上(2)上采用丝网印刷的方法制备碳纳米管过渡层(3)，c)自然冷却基板(1)及碳纳米管过渡层(3)，在冷却后的碳纳米管过渡层(3)上丝网印刷氧化锌发射层(4)，d)将阴极基板(1)、阴极电极(2)、碳纳米管过渡层(3)及纳米结构氧化锌发射层(4)组成的场致发射阴极置于烧结炉中烘烤；e)自然冷却基板(1)、阴极电极(2)、碳纳米管过渡层(3)和纳米结构氧化锌场发射层(4)组成的场致发射阴极至室温，形成复合式场致发射阴极结构；f)在阴极基板(1)上制备隔离体(5)，g)在隔离体(5)上设置导电的阳极基板(6)。
文档编号H01J1/304GK101488431SQ20091002446
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者娄朝刚, 孙小卫, 张晓兵, 威 雷 申请人:东南大学