專利名稱：納米復(fù)合SiC漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米SiC薄膜用的漿料，尤其是納米復(fù) 合SiC漿料及其制備方法。
背景技術(shù)：
SiC是Si和C唯一穩(wěn)定的化合物。SiC晶體的機(jī)械性能僅次于納米 SiC晶體。其抗腐蝕性非常強(qiáng)，在1500°C以下幾乎不受作用于任何實(shí)驗(yàn) 溶劑。常壓下不能將其融化，大于2100。C時(shí)升華，分解為Si和C蒸汽。 35個(gè)大氣壓下，2830°C時(shí)發(fā)現(xiàn)SiC的轉(zhuǎn)熔點(diǎn)。SiC的飽和電子漂移速度 是Si的2倍，其介電常數(shù)僅高于納米SiC晶體，略高于GaN，均低于Si 和GaAs等幾種常用的半導(dǎo)體材料。因此SiC是一種非常好的半導(dǎo)體電子 材料。300K時(shí)SiC的熱導(dǎo)率比GaAs高8-10倍，擊穿場強(qiáng)大約是GaAs 或Si的10倍，而飽和電子漂移速度與GaAs相同。這些優(yōu)越性是由于 Si-C原子間短鍵可產(chǎn)生高頻晶格振動(dòng)。SiC晶體中光學(xué)聲子的能量可高達(dá) 100-120meV，從而導(dǎo)致高的飽和電子遷移率和高的熱導(dǎo)率，它的熱導(dǎo)率僅 次于納米SiC晶體，是GaN的4-5倍。SiC高擊穿場強(qiáng)與高的熱導(dǎo)率的 結(jié)合，使SiC器件的功率承受能力大大提高，在高溫大功率領(lǐng)域具有廣闊 的應(yīng)用前景。寬禁帶可降低產(chǎn)生電荷的數(shù)這就決定了 SiC器件具有微波特 性，應(yīng)用在高頻器件具有很大潛力。
主要制備SiC薄膜的方法有升華法生長(Sublimation Growth)、液相 外延(Liquid Phase Epitaxy)、化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)、分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxy)、濺射沉禾只(Sputtering deposition)。
但是這些生長方法都不能得到大面積均勻的納米SiC薄膜。 納米復(fù)合SiC漿料及其復(fù)合SiC薄膜未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于制備大面積場致電子發(fā)射陰極薄膜的納
米復(fù)合SiC漿料，有了合適的漿料通過低成本的絲網(wǎng)印刷方法就能得到大 面積均勻的納米SiC薄膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述納米復(fù)合SiC漿料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種納米復(fù)合SiC漿料，按重量份計(jì)算組成為
石墨 1-2份
SiC 4-5份
乙基纖維素 4-6份
溶劑 27-117份
其中溶劑是松油醇或乙酸丁脂。
一種納米復(fù)合SiC漿料的制備方法，包括下列步驟
分別將石墨、SiC、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作為原料 備用，然后將石墨、SiC、和乙基纖維素按l-2: 4-5: 4-6重量比例混合作 為溶質(zhì)，按重量比1-3: 9將溶質(zhì)加入溶劑中，超聲分散5-7小時(shí)或至石墨、 SiC、和乙基纖維素在溶劑中充分分散，之后加熱到370-400K溫度充分?jǐn)?拌，再用400-450目數(shù)的篩過篩，然后自然冷卻至室溫即可。
其中過篩時(shí)在機(jī)械外力作用下使納米SiC和納米石墨均勻分布。
其中溶劑是松油醇或乙酸丁脂。
本發(fā)明中納米復(fù)合SiC漿料中摻入納米石墨，絲網(wǎng)印刷制備成納米復(fù)合SiC薄膜時(shí)，石墨在納米SiC晶體引起的能級，引起電子的通路減小了 電子必須隧穿的勢壘，從而保持穩(wěn)定的電子發(fā)射。導(dǎo)電襯底和納米SiC晶
體之間粘接形成一個(gè)良好歐姆接觸的界面層，該界面層的接觸電阻很小，
電子極易由導(dǎo)電襯底通過隧穿效應(yīng)進(jìn)入到納米SiC晶體的導(dǎo)帶。當(dāng)陰陽極
間加電場時(shí)，由于導(dǎo)電襯底和界面層的電阻很小，陰極的大部分電壓加到
了納米SiC晶體層兩端，形成一個(gè)非常陡的電勢差而產(chǎn)生內(nèi)場發(fā)射，既是 進(jìn)入納米SiC晶體導(dǎo)帶的電子在外電場的作用下射入真空。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的納米復(fù)合SiC漿料主要用于絲網(wǎng)印刷制備納米SiC薄膜，其
具體制備方法如下
一、 納米SiC和納米石墨的研磨納米顆粒很容易團(tuán)聚成帶有若干弱
連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體，這將影響納米SiC在薄銅片表面的均勻分 布，從而影響電子發(fā)射的均勻性，所以在漿料制備前分別將納米SiC和納
米石墨進(jìn)行研磨，使其團(tuán)聚體散開粒度變小。制漿劑乙基纖維素最好也進(jìn) 行研磨。
二、 納米SiC漿料的制備-
漿料配制工藝流程按3:4:4比例配比稱量納米石墨、納米SiC、乙基 纖維素一充分?jǐn)嚢杈鶆蚧旌弦患尤肴軇┮?-7小時(shí)超聲分散一加熱 (370K-400K)攪拌一過篩一冷卻至室溫。
納米SiC容易團(tuán)聚，其分散分三步進(jìn)行第一步按3:4:4比例配比稱量 納米石墨、納米SiC、乙基纖維素一充分?jǐn)嚢杈鶆蚧旌?；第二步加入溶?超聲波分散5-7小時(shí)，使團(tuán)聚在一起的納米SiC得到分拆。第三步然用(400 目以上)高目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行過濾，過濾過程中機(jī)械地壓碾糊狀物。借助機(jī) 械外力以除去其中的大顆粒，并確保未得到良好分散的納米SiC團(tuán)聚物的 尺寸在機(jī)械外力作用下處于一個(gè)合適的尺度上，使納米SiC均勻分布。三、絲網(wǎng)印刷制備納米SiC薄膜
絲網(wǎng)印刷納米SiC薄膜所用的網(wǎng)有金屬絲網(wǎng)和滌綸絲網(wǎng)，可根據(jù)實(shí)際 印刷的需要確定絲網(wǎng)的質(zhì)地和絲網(wǎng)目數(shù)。合適的絲網(wǎng)目數(shù)為300-400目， 印刷線條越精細(xì)，所需要的目數(shù)越高。印刷設(shè)備為自動(dòng)或手動(dòng)的絲網(wǎng)印刷 機(jī)。手動(dòng)印刷機(jī)和自動(dòng)印刷機(jī)的操作方式略有不同，但其原理相同，都是 用刮板(自動(dòng)印刷機(jī)中稱為印刷器)擠壓納米SiC漿料，使之通過絲網(wǎng)版 漏印到絲網(wǎng)下面的薄銅片上。在薄銅片上利用上述絲網(wǎng)印刷方法，將上述 摻有納米石墨的納米SiC漿料印刷在薄銅片上作為壓力敏傳感器陰極。
三、 印刷后的熱燒結(jié)處理
由于未經(jīng)熱燒結(jié)處理的印刷納米SiC薄膜中制漿材料包圍在納米SiC 晶體的周圍，所以必須對其進(jìn)行熱燒結(jié)處理。熱燒結(jié)處理有兩個(gè)目的一 方面可以使薄膜干燥并牢固地粘結(jié)在或其它導(dǎo)電板上襯底上，另一方面可 以使薄膜中所含制漿材料分解蒸發(fā)掉。使納米SiC微尖露出薄膜表面，才 有利于電子場發(fā)射。
熱燒結(jié)曲線包括3個(gè)升溫階段、3個(gè)恒溫階段和1個(gè)降溫階段。第一 段的恒溫主要是烘干納米SiC薄膜，第二段的恒溫主要是通過漿料本身的 表面張力的作用而使納米SiC印刷層表面更加均勻和平整，是一個(gè)自修飾 過程。并使印刷層充分干燥。第三段的恒溫過程是為了使干燥后的制漿材 料在593K高溫下分解揮發(fā)。最后是自然降溫過程。
四、 熱燒結(jié)后的退火和機(jī)械后處理
將絲網(wǎng)印刷的納米SiC薄膜放在退火爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在溫度為 580K-600K、時(shí)間為10-15min進(jìn)行退火，使薄膜中含有的有機(jī)物質(zhì)和雜質(zhì) 揮發(fā)去除掉。然后采用機(jī)械后處理的方法去除納米SiC薄膜表面的大顆粒， 使納米SiC的微尖均勻分布在表面上，使納米SiC薄膜具有均勻穩(wěn)定的場 致發(fā)射特性。實(shí)施例1:
一種納米復(fù)合SiC漿料及其制備方法，包括下列步驟
a、 納米SiC、納米石墨和乙基纖維素的研磨由于納米顆粒容易團(tuán)聚 成帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體，這將影響納米SiC在薄銅片 表面的均勻分布，從而影響電子發(fā)射的均勻性，所以在漿料制備前分別將
納米SiC、納米石墨、和乙基纖維素進(jìn)行研磨至粒度為100納米，使其團(tuán)
聚體散開粒度變小。
b、 制備納米SiC漿料分別取研磨好的納米石墨15克、納米SiC60 克、乙基纖維素60克混合作為溶質(zhì)，按質(zhì)量比l: 3將溶質(zhì)加入溶劑松油 醇中，超聲分散7小時(shí)至納米SiC在松油醇中充分分散，然后加熱到370K 溫度充分?jǐn)嚢?，然后再?00目數(shù)的篩過篩，過篩時(shí)在機(jī)械外力作用下使 納米SiC和納米石墨均勻分布，自然冷卻至室溫待用；
c、 絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米SiC薄膜選擇目數(shù)為400目數(shù)的金屬絲網(wǎng) 或滌綸絲網(wǎng)，將上一步驟得到的納米SiC漿料通過絲網(wǎng)印刷機(jī)進(jìn)行絲網(wǎng)印 刷在薄銅板上；
d、 印刷后的熱燒結(jié)處理熱燒結(jié)曲線包括3個(gè)升溫階段、3個(gè)恒溫階 段和l個(gè)降溫階段。第一段的恒溫主要是烘干納米SiC薄膜，第二段的恒 溫主要是通過漿料本身的表面張力的作用而使納米SiC印刷層表面更加均 勻和平整，是一個(gè)自修飾過程。并使印刷層充分干燥。第三段的恒溫過程 是為了使干燥后的制漿材料在高溫下分解揮發(fā)。最后是自然降溫過程。
e、 熱燒結(jié)后的退火和機(jī)械后處理
置于退火爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在溫度為580K、時(shí)間為12min條件 下進(jìn)行退火；然后采用機(jī)械方法對納米SiC薄膜表面進(jìn)行處理即可。 實(shí)施例2:
a、將SiC、石墨、和乙基纖維素進(jìn)行研磨至粒度為100納米；
7b、取研磨好的納米石墨30克、納米SiC 90克、乙基纖維素90克混 合作為溶質(zhì)，按質(zhì)量比1: 4將溶質(zhì)加入溶劑松油醇中，超聲分散6小時(shí) 至納米SiC在松油醇中充分分散，然后加熱到400K溫度充分?jǐn)嚢?，然?再用450目數(shù)的篩過篩，過篩時(shí)在機(jī)械外力作用下使納米SiC和納米石墨 均勻分布，自然冷卻至室溫待用；
其余與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例3:
a、 將SiC、石墨、和乙基纖維素進(jìn)行研磨至粒度為90納米；
b、 取研磨好的納米石墨10克、納米SiC 40克、乙基纖維素50克 混合作為溶質(zhì)，按質(zhì)量比1: 5將溶質(zhì)加入溶劑松油醇中，超聲分散8小 時(shí)至納米SiC在松油醇中充分分散，然后加熱到380K溫度充分?jǐn)嚢瑁?后再用420目數(shù)的篩過篩，過篩時(shí)在機(jī)械外力作用下使納米SiC和納米石 墨均勻分布，自然冷卻至室溫待用-，
其余與實(shí)施例l相同。
權(quán)利要求
1、一種納米復(fù)合SiC漿料，按重量份計(jì)算組成為石墨 1-2份SiC 4-5份乙基纖維素4-6份溶劑 27-117份
2、 如權(quán)利要求l所述的納米復(fù)合SiC漿料，其特征在于 其中溶劑是松油醇或乙酸丁脂。
3、 一種納米復(fù)合SiC漿料的制備方法，包括下列步驟 分別將石墨、SiC、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作為原料備用，然后將石墨、SiC、和乙基纖維素按l-2: 4-5: 4-6重量比例混合作 為溶質(zhì)，按重量比1-3: 9將溶質(zhì)加入溶劑中，超聲分散5-7小時(shí)或至石墨、 SiC、和乙基纖維素在溶劑中充分分散，之后加熱到370-400K溫度充分?jǐn)?拌，再用400-450目數(shù)的篩過篩，然后自然冷卻至室溫即可。
4、 如權(quán)利要求3所述的納米復(fù)合SiC漿料的制備方法，其特征在于: 其中過篩時(shí)在機(jī)械外力作用下使納米SiC和納米石墨均勻分布。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的納米復(fù)合SiC漿料的制備方法，其特征于: 其中溶劑是松油醇或乙酸丁脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米SiC薄膜用的漿料，尤其是納米復(fù)合SiC漿料及其制備方法，一種納米復(fù)合SiC漿料，按重量份計(jì)算組成為石墨1-2份，SiC4-5份，乙基纖維素4-6份，溶劑27-117份，其制備方法，包括下列步驟分別將石墨、SiC、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作為原料備用，按1-2∶4-5∶4-6重量比例混合作為溶質(zhì)，按重量比1-3∶9加入溶劑中，超聲分散至石墨、SiC、和乙基纖維素在溶劑中充分分散，之后加熱到370-400K溫度充分?jǐn)嚢?，再?00-450目數(shù)的篩過篩，然后自然冷卻至室溫即可。有了合適的漿料通過低成本絲網(wǎng)印刷方法就能得到大面積均勻的納米SiC薄膜。
文檔編號C04B35/565GK101475378SQ20081023381
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者煒 劉, 張秀霞, 王小娥, 雷崇民 申請人:北方民族大學(xué)