專利名稱：直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于真空電子發(fā)射型平板顯示技術領域，特別涉及一種直流驅動方式工作的平面型場發(fā)射陰極的結構。
MIM陰極的工作原理如下在上下電極之間加正電壓，產生高電場。在強電場的作用下，下電極中的電子靠隧道效應發(fā)射到介質層中，并在介質層中經歷電場加速和散射作用，最終獲得一定的能量，能量大的電子能夠穿透很薄的金屬上電極(小于10納米)，克服金屬表面勢壘，發(fā)射到真空中。
現(xiàn)有MIM結構中，比較成功的是日本日立公司研制的一種，其介質層采用的是陽極氧化制備的三氧化二鋁。這種陰極發(fā)射電流可以滿足高亮度平板顯示的需要，同時發(fā)射電流的均勻性也比較好。這種陰極的最大問題是介質層厚度只有10納米左右，因此單位面積的電容很大，沖放電時間常數(shù)也大，使得它只能用于小面積顯示器件，其對角尺寸一般小于5英寸。在單一的氧化鋁作介質層的MIM結構陰極中，驅動電場高達1伏特/納米以上。增加介質層厚度可以減小極間電容，但當該層厚度達到200納米時，驅動電壓將高達200伏特以上，導致驅動電路成本提高，而且工作可靠性大大降低。
本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，包括玻璃基板、下電極、介質層和上電極，其特征在于所述的介質層由一種從高電子親和勢材料逐步變化到低電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。
所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬氧化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬氧化物。
所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬硫化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬硫化物。
所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的氧化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的氧化鋅鎂。
所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的硫化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的硫化鋅鎂。
本發(fā)明的組分漸變介質層一般可以用直流或射頻濺射的方法制備，其厚度可以控制在10納米到1000納米之間。對于大面積顯示器件，厚度較大，以期得到較小的單位面積電容。
由于靠近下電極處介質層的電子親和勢較高，電子容易注入到其中，最小驅動電場可以小于0.1伏特/納米，因此即使介質層厚度達到200納米，所需要的驅動電壓也不會超過50伏特。該器件單位面積電容小，驅動電壓適中，因此適于大面積顯示器件?？梢圆捎煤唵蔚臑R射工藝制備各層薄膜，適用于大批量生產。
圖2為本發(fā)明結構原理示意圖。
本結構中，當上下電極之間加正電壓時，電子從下電極2注入到介質層3中，在其中得到加速，隨后到達上電極4。穿過厚度較小的上電極4后，克服表面勢壘發(fā)射到真空中。
實施例1下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從氧化鋅經氧化鋅鎂(ZnxMg1-xO)過渡到氧化鎂，鎂組分從零漸變過渡到100％，介質層厚度為450納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于100伏特的驅動電壓下，得到大于0.5mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例2下電極用100納米厚的金屬鎳薄膜，介質層從氧化鋅過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的氧化鋅鎂，介質層厚度為150納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于25伏特的驅動電壓下，得到大于1mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例3下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的氧化鋅鎂過渡到氧化鎂，介質層厚度為10納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于6伏特的驅動電壓下，得到大于5mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例4下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的氧化鋅鎂過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的氧化鋅鎂，介質層厚度為100納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于25伏特的驅動電壓下，得到大于1mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例5下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從硫化鋅經硫化鋅鎂過渡到硫化鎂，鎂組分從零漸變過渡到100％，介質層厚度為150納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于35伏特的驅動電壓下，得到大于2mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例6下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從硫化鋅過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的硫化鋅鎂，介質層厚度為15納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于5伏特的驅動電壓下，得到大于5mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例7下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的硫化鋅鎂過渡到硫化鎂，介質層厚度為200納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于50伏特的驅動電壓下，得到大于2mA/cm2的發(fā)射電流。
實施例8下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的硫化鋅鎂過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的硫化鋅鎂，介質層厚度為600納米。上電極用6納米厚的金膜。在小于125伏特的驅動電壓下，得到大于0.5mA/cm2的發(fā)射電流。
權利要求
1.一種直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，包括玻璃基板、下電極、介質層和上電極，其特征在于所述的介質層由一種從高電子親和勢材料逐步變化到低電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬氧化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬氧化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬硫化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬硫化物。
4.根據(jù)權利要求2所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的氧化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的氧化鋅鎂。
5.根據(jù)權利要求3所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的硫化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的硫化鋅鎂。
全文摘要
直流工作的介質層組分漸變薄膜場發(fā)射陰極，涉及一種直流驅動方式工作的平面型場發(fā)射陰極的結構設計。本發(fā)明由玻璃基板、下電極、介質層和上電極組成，所述的介質層是由低電子親和勢材料逐步變化到高電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。本發(fā)明適于直流驅動方式工作，與現(xiàn)有技術相比，具有單位面積電容小，適于大面積平板顯示器件中的電子發(fā)射陰極，同時具有制備技術簡單、適于大批量生產的特點。
文檔編號H01J1/30GK1417828SQ0214886
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權日2002年11月22日
發(fā)明者李德杰, 萬媛, 卜東生 申請人:清華大學, 上海廣電電子股份有限公司