一種場發(fā)射陰極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種場發(fā)射陰極，包括基板、設(shè)置在基板上的導(dǎo)電薄膜和形成在導(dǎo)電薄膜上的電子發(fā)射體陣列，所述導(dǎo)電薄膜與電子發(fā)射體陣列之間設(shè)置有一厚度為0.4~0.8μm的金屬緩沖層，所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。該場發(fā)射陰極的金屬緩沖層可以提高基板與電子發(fā)射體陣列之間的熱膨脹系數(shù)匹配度，從而改善基板與電子發(fā)射體陣列間發(fā)生形變而使接觸面不均勻、接觸電阻增大的現(xiàn)象，最終提高電子發(fā)射體陣列的電子發(fā)射效率和使用壽命。本發(fā)明還提供了該場發(fā)射陰極的制備方法。
【專利說明】一種場發(fā)射陰極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及場發(fā)射器件領(lǐng)域，具體涉及一種場發(fā)射陰極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]場發(fā)射器件是一種新興光源，是通過施加電場從陰極電極發(fā)射電子轟擊陽極發(fā)光的裝置，能實現(xiàn)利用大功率高密度電子流發(fā)光。場發(fā)射光源具有節(jié)能、環(huán)保、可在惡劣環(huán)境中工作的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于顯示器、照明設(shè)備和微波元件中，具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0003]電子發(fā)射體是冷陰極電子源是場發(fā)射光源的重要組成部分，其電子發(fā)射效率直接影響場發(fā)射光源的發(fā)光效率。而電子發(fā)射體的電子發(fā)射效率由兩個因素決定，一是電子發(fā)射體自身的場增強因子，二是電子發(fā)射體與基板間的歐姆接觸。電子發(fā)射體的場增強因子與其長徑比、生長方向、生長密度有直接聯(lián)系，目前，制備生長方向、長徑比和密度可控的電子發(fā)射體，如制備ZnO納米棒、碳納米管等技術(shù)已被公開。
[0004]低接觸電阻的歐姆接觸是實現(xiàn)高質(zhì)量場發(fā)射器件的基礎(chǔ)。良好的熱膨脹系數(shù)匹配是實現(xiàn)低接觸電阻的重要環(huán)節(jié)。熱膨脹是指物體的體積或長度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象。在器件工作時溫度升高，由于基板與電子發(fā)射體具有不同的熱膨脹系數(shù)，基板與電子發(fā)射體發(fā)生的形變不匹配，從而導(dǎo)致基板與電子發(fā)射體之間的接觸面不均勻，接觸電阻增大。不均勻的接觸面會導(dǎo)致電子發(fā)射體容易被損壞，壽命縮短；過大的接觸電阻會降低電子發(fā)射體的電子發(fā)射效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明第一方面提供了一種場發(fā)射陰極，該場發(fā)射陰極在基板與電子發(fā)射體之間設(shè)置了金屬緩沖層，該緩沖層能提高基板與電子發(fā)射體之間的熱膨脹系數(shù)匹配度，減小接觸電阻，最終提高電子發(fā)射體的電子發(fā)射效率和使用壽命。本發(fā)明第二方面提供了上述場發(fā)射陰極的制備方法，其方法工藝簡單，易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
[0006]本發(fā)明第一方面提供了一種場發(fā)射陰極，包括基板、設(shè)置在基板上的導(dǎo)電薄膜和形成在導(dǎo)電薄膜上的電子發(fā)射體陣列，所述導(dǎo)電薄膜與電子發(fā)射體陣列之間設(shè)置有一厚度為0.1-ο.8μm的金屬緩沖層，所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。
[0007]所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。這樣，便可提高基板與電子發(fā)射體陣列之間的熱膨脹系數(shù)匹配度，從而改善基板與電子發(fā)射體陣列間發(fā)生形變而使接觸面不均勻，接觸電阻增大的現(xiàn)象，最終提高電子發(fā)射體陣列的電子發(fā)射效率和使用壽命。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的材料為淺色金屬或金屬化合物。采用淺色金屬有利于提高場發(fā)射陰極的正向出光效率。
[0009]更優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的材料為金屬鉻、鈦、鉬或其化合物。所述鉻的熱膨脹系數(shù)為6.2X10_6m/K，所述鈦的熱膨脹系數(shù)為10.8X10_6m/K，所述鉬的熱膨脹系數(shù)為9.0Xl(T6m/K。
[0010]優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的厚度為0.5~0.6 μ m。
[0011]優(yōu)選地,所述金屬或金屬化合物的顆粒尺寸為8~15nm。
[0012]所述基板可以為目前現(xiàn)有技術(shù)普遍使用的絕緣基板。優(yōu)選地，所述基板為硅片、陶瓷或玻璃。所述硅片基板的熱膨脹系數(shù)為3.0X10-6m/K，所述陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)為
9.0X 10_6m/K，所述玻璃基板的熱膨脹系數(shù)為4.5X 10-6m/K。
[0013]所述導(dǎo)電薄膜可以為氧化銦錫薄膜、具有導(dǎo)電性能的金屬或金屬氧化物薄膜。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電薄膜為氧化銦錫薄膜。
[0014]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電薄膜的厚度為l0~l00nm。
[0015]優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列為ZnO納米棒陣列或碳納米管陣列。所述ZnO納米棒的熱膨脹系數(shù)為3.3~3.8X10_6m/K，所述碳納米管的熱膨脹系數(shù)為0.lX10_6m/K。但由于生長碳納米管時，通常與導(dǎo)電薄膜接觸的是催化劑層(鎳層或鈷層，鎳的熱膨脹系數(shù)為llX10_6m/K，鈷的熱膨脹系數(shù)為12X10_6m/K)，因此，當電子發(fā)射體陣列為碳納米管陣列時，金屬緩沖層的材料根據(jù)金屬的熱膨脹系數(shù)優(yōu)選為鈦或鉬。所述鈦的熱膨脹系數(shù)為
10.8X 10_6m/K，所述鉬的熱膨脹系數(shù)為9.0X 10_6m/K。
[0016]本發(fā)明對電子發(fā)射體陣列的高度、每個電子發(fā)射體的直徑大小和相鄰兩個電子發(fā)射體之間的間隔沒有特殊限制。優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列的高度為5~10μπι。優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列的形狀為圓柱形，長徑比為5:1。
[0017]本發(fā)明第二方面提供了一種場發(fā)射陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0018](I)提供潔凈基板，在所述基板表面制備一層導(dǎo)電薄膜；
[0019](2)在所述導(dǎo)電薄膜表面刻蝕出所需凹槽模型；
[0020](3)在所述凹槽模型的凹槽內(nèi)制備一厚度為0.1~θ.8μπι的金屬緩沖層；
[0021](4)在所述金屬緩沖層的表面生長一催化劑層；
[0022](5)在所述催化劑層上生長電子發(fā)射體陣列，即得到場發(fā)射陰極；
[0023]其中，所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。
[0024]所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。這樣，便可提高基板與電子發(fā)射體陣列之間的熱膨脹系數(shù)匹配度，從而改善基板與電子發(fā)射體陣列間發(fā)生形變而使接觸面不均勻，接觸電阻增大的現(xiàn)象，最終提高電子發(fā)射體陣列的電子發(fā)射效率和使用壽命。
[0025]優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的材料為淺色金屬或金屬化合物。采用淺色金屬有利于提高場發(fā)射陰極的正向出光效率。
[0026]更優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的材料為金屬鉻、鈦、鉬或其化合物。所述鉻的熱膨脹系數(shù)為6.2X10-6m/K，所述鈦的熱膨脹系數(shù)為10.8X10-6m/K，所述鉬的熱膨脹系數(shù)為
9.0X10-6m/Ko
[0027]優(yōu)選地，所述金屬緩沖層的厚度為0.5~0.6 μ m。
[0028]優(yōu)選地,所述金屬或金屬化合物的顆粒尺寸為8~15nm。
[0029]優(yōu)選地，所述金屬緩沖層采用旋涂法、絲網(wǎng)印刷法或磁控濺射法制備。其中，各方法的操作參數(shù)由金屬緩沖層的具體材料決定，對于不同的金屬或金屬化合物，選用不同的與之相對應(yīng)的操作參數(shù)。本發(fā)明對具體操作參數(shù)不作特殊限制，只要能將金屬緩沖層成功制備在基板上即可。
[0030]其中，對于旋涂法和絲網(wǎng)印刷法，先將所述金屬加入到有機溶劑中，配制成含所述金屬的漿料。
[0031]所述基板可以為目前現(xiàn)有技術(shù)普遍使用的絕緣基板。優(yōu)選地，所述基板為硅片、陶瓷或玻璃。所述硅片基板的熱膨脹系數(shù)為3.0X10_6m/K，所述陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)為
9.0X 10_6m/K，所述玻璃基板的熱膨脹系數(shù)為4.5X 10_6m/K。
[0032]所述基板的清洗操作為:依次用蒸餾水、丙酮、無水乙醇、蒸餾水等溶液超聲清洗，在每種溶液中超聲清洗的時間為5~30分鐘。
[0033]所述導(dǎo)電薄膜可以為氧化銦錫薄膜、具有導(dǎo)電性能的金屬或金屬氧化物薄膜。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電薄膜為氧化銦錫薄膜。所述導(dǎo)電薄膜通過磁控濺射的方式制備在所述基板上。
[0034]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電薄膜的厚度為l(Tl00nm。
[0035]所述刻蝕所需凹槽模型的方法可以為光刻蝕法，也可以為離子刻蝕法。優(yōu)選地，所述刻蝕的方法為光刻蝕法。更優(yōu)選地，所述光刻蝕法為X射線光刻蝕法。所述X射線光刻蝕的具體操作可以為:在基板上形成一層抗蝕劑層，再采用X射線在抗蝕劑層光刻蝕出所需的凹槽模型，以備后續(xù)生長制備電子發(fā)射體陣列。所述刻蝕過程中使用的抗蝕劑為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。優(yōu)選地，所述凹槽模型包括直徑為4(T60nm，高0.3、.4 μ m，周期為5^10 μ m矩形排列的若干個凹槽。
[0036]優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列為ZnO納米棒陣列或碳納米管陣列。
`[0037]所述ZnO納米棒的熱膨脹系數(shù)為3.3~3.8 X 10_6m/K，所述碳納米管的熱膨脹系數(shù)為 0.1 XlO-VKo
[0038]優(yōu)選地，所述催化劑層采用磁控濺射法制備，所述電子發(fā)射體陣列采用化學(xué)氣相沉積法制備。
[0039]所述催化劑層設(shè)置在凹槽模型的凹槽內(nèi)。當所述電子發(fā)射體陣列為ZnO納米棒陣列時，所述催化劑層對應(yīng)為ZnO籽晶層。優(yōu)選地，所述ZnO籽晶層采用磁控濺射的方法制備。所述ZnO籽晶層的厚度為10(Tl50nm。
[0040]所述磁控濺射法制備ZnO籽晶層的具體操作沒有特殊限制，采用現(xiàn)有常規(guī)操作制備即可。具體可以為，分別將ZnO靶材、基板固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整兩者間的距離為IOcm ;抽真空達到預(yù)設(shè)真空度4.5 X 10_4Pa，加熱至20(T300°C，通入氬氣和氧氣混合氣體(質(zhì)量比為1: 1)，使真空腔壓強到0.4Pa，以30W的濺射功率濺射靶材2h，自然冷卻至室溫。
[0041]采用化學(xué)氣相沉積法制備ZnO納米棒陣列的具體操作可以為:將制備好ZnO籽晶層的基板固定于化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，將Zn粉置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的氧化鋁坩堝內(nèi)，通入氬氣和氧氣的至真空腔內(nèi)壓強為1.33X IO5PA,以5°C /min的速度將坩堝加熱到600°C，沉積6(Tl00min后停止加熱。
[0042]當所述電子發(fā)射體陣列為碳納米管陣列時，所述催化劑層對應(yīng)為鎳層或鈷層。優(yōu)選地，所述鎳層和鈷層采用磁控濺射的方法制備，厚度為2(T40nm。
[0043]所述磁控濺射法制備鎳層和鈷層的具體操作沒有特殊限制，采用現(xiàn)有常規(guī)操作制備即可。具體可以為，將制備好金屬緩沖層的基板，以及催化劑鎳或鈷靶材，固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整基板與靶材的距離為8~10cm，抽真空至I X 10_4Pa，通入流量為6sCCm的惰性氣體氬氣，加熱至30(T400°C，以30W的濺射功率濺射靶材15~25分鐘，隨爐冷卻至室溫。
[0044]采用化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管陣列的具體操作可以為:將制備好催化劑層的基板置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備內(nèi)，溫度維持60(T80(TC 15分鐘，使催化劑層燒結(jié)，隨后在陰極與陽極之間提供IKW的直流放電和600V的偏壓；通入質(zhì)量比為3: 8的乙炔和氨氣15分鐘；隨爐冷卻至室溫。
[0045]在制備完催化劑層后或生長完電子發(fā)射體陣列后，采用下述方法除去抗蝕劑:在50°C，丙酮溶液中超聲振蕩50min。
[0046]本發(fā)明對電子發(fā)射體陣列的高度、每個電子發(fā)射體的直徑大小和相鄰兩個電子發(fā)射體之間的間隔沒有特殊限制。優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列的高度為5~10μπι。優(yōu)選地，所述電子發(fā)射體陣列的形狀為圓柱形，長徑比為5: I。
[0047]本發(fā)明提供了一種場發(fā)射陰極及其制備方法，具有以下有益效果:
[0048](I)本發(fā)明提供的場發(fā)射陰極，在基板與電子發(fā)射體之間設(shè)置了金屬緩沖層，該緩沖層能提高基板與電子發(fā)射體陣列之間的熱膨脹系數(shù)匹配度，從而改善基板與電子發(fā)射體陣列間發(fā)生形變而使接觸面不均勻，接觸電阻增大的現(xiàn)象，最終提高電子發(fā)射體陣列的電子發(fā)射效率和使用壽命；
[0049](4)本發(fā)明提供的場發(fā)射陰極的制備方法工藝簡單，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化使用。【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]圖1是本發(fā)明實施例1制備場發(fā)射陰極的流程示意圖；
[0051]圖2是本發(fā)明實施例2制備的場發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0052]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0053]實施例1
[0054]如圖1所示，一種場發(fā)射陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0055](I)清洗陶瓷基板11，采用磁控濺射的方法設(shè)置氧化銦錫薄膜；所述陶瓷基板的清洗操作為:依次用蒸餾水、丙酮、無水乙醇、蒸餾水進行超聲清洗，在每種溶液中超聲清洗的時間為5~30分鐘；
[0056](2)在基板11的氧化銦錫薄膜表面上，利用X射線光刻法刻蝕出包括直徑為4(T50nm,高0.3^0.4 μ m,周期為10 μ m矩形排列的若干個凹槽的凹槽模型12 ;采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為抗蝕劑；
[0057](3)在凹槽模型12的凹槽內(nèi)利用旋涂法制備厚度為0.4 μ m的金屬鉻層13作為金屬緩沖層，具體地，a.將陶瓷基板11置于涂膠機的轉(zhuǎn)盤上，以約50轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并通過涂膠機的滴膠頭向陶瓷基板11表面的中心以I滴/秒的速度持續(xù)滴入鉻漿4分鐘。鉻漿為鉻顆粒、有機溶劑、粘合劑的混合物，其中，鉻顆粒的純度為99.9%以上，含量為鉻漿重量的60%，鉻顆粒的尺寸為Snm ;有機溶劑可以為丁基溶酐乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二甘醇乙醚醋酸酯或異佛爾酮；本實施例中，有機溶劑為丁基溶酐乙酸酯；粘合劑為環(huán)氧樹脂；b.停止滴入鉻漿，并以約100轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速加速旋轉(zhuǎn)陶瓷基板11十五秒，使鉻漿能夠均勻分布于陶瓷基板11表面；c.將涂覆有鉻漿的陶瓷基板11置于加熱裝置內(nèi)，以4°C/min的速率加熱至250°C，保溫I小時后，關(guān)閉加熱裝置電源，隨爐冷卻至室溫，即得到金屬鉻層13。
[0058](4)在金屬鉻層13上利用磁控濺射法生長厚度為IOOnm的ZnO籽晶層作為催化劑層14 ;具體地，分別將ZnO靶材、基板固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整兩者的距離為IOcm ；抽真空，真空度達4.5X10_4Pa，加熱至200°C，通入流量為IOsccm的氬氣和氧氣混合氣體(質(zhì)量比為1:1)，使真空腔壓強到0.4Pa，以30W的濺射功率濺射靶材2h，自然冷卻至室溫，得到ZnO軒晶層14 ；
[0059](5)將制備好催化劑層14的基板11在50°C，丙酮中超聲振蕩50min除去基板11表面的抗蝕劑PMMA ；
[0060](6)在ZnO籽晶層14上利用化學(xué)氣相沉積法生長高度為5 μ m的ZnO納米棒15，即得到場發(fā)射陰極。具體地，將制備好ZnO籽晶層的基板11固定于化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，將純度為99.9%的Zn粉置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的氧化鋁坩堝內(nèi)，通入流量為55SCCm的氬氣和0.8SCCm的氧氣至真空腔內(nèi)壓強為1.33 X IO5PA,以5°C /min的速度將坩堝加熱到600°C，沉積60min后停止加熱，得到場發(fā)射陰極。
[0061]其中，本實施例中的陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)為9.0Xl(T6m/K，鉻的熱膨脹系數(shù)為6.2X 10_6m/K，ZnO納米棒的熱膨脹系數(shù)為3.3X 10_6m/K。
[0062]通過以上步驟，在ZnO納米棒電子發(fā)射體15與陶瓷基板11之間制備厚度為
0.4μ m的鉻層作為金屬緩沖層，鉻的熱膨脹系數(shù)介于基板與電子發(fā)射體之間。
[0063]圖1為場發(fā)射陰極制備流程示意圖。該緩沖層能提高基板與電子發(fā)射體陣列之間的熱膨脹系數(shù)匹 配度，從而改善基板與電子發(fā)射體陣列間發(fā)生形變而使接觸面不均勻，接觸電阻增大的現(xiàn)象，最終提高電子發(fā)射體陣列的電子發(fā)射效率和使用壽命。
[0064]實施例2
[0065]一種場發(fā)射陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0066](I)清洗硅片基板，采用磁控濺射的方法設(shè)置氧化銦錫薄膜；所述硅片基板的清洗操作為:依次用蒸餾水、丙酮、無水乙醇、蒸餾水進行超聲清洗，在每種溶液中超聲清洗的時間為5~30分鐘；
[0067](2)在基板的氧化銦錫薄膜表面上，利用X射線光刻法刻蝕出包括直徑為5(T60nm,高0.3^0.4 μ m,周期為5 μ m矩形排列的若干個凹槽的凹槽模型；采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為抗蝕劑；
[0068](3)在凹槽模型的凹槽內(nèi)利用磁控濺射法制備厚度為0.5μπι的金屬鉬層作為金屬緩沖層；具體地，分別將靶材鉬、基板固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整兩者的距離為IOcm ;抽真空，真空度達4.5X 10_4Pa，加熱至200°C，通入流量為IOsccm的氬氣，使真空腔壓強到0.4Pa，以30W的濺射功率濺射靶材Ih ；
[0069](4)在金屬鉬層上利用磁控濺射法生長厚度為20nm的鎳層作為催化劑層；具體地，將制備好金屬緩沖層的基板，以及催化劑鎳靶材固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整基板與靶材的距離為8cm，抽真空至lX10_4Pa，通入流量為6sccm的氬氣，加熱至300°C，以30W的濺射功率濺射靶材20分鐘，隨爐冷卻至室溫；
[0070](5)在鎳層上利用化學(xué)氣相沉積法生長高度為6μπι的碳納米管；具體地，將制備好催化劑層的基板固定在真空腔室內(nèi)，抽真空至I X10_2Pa，加熱至700°C，維持15分鐘，使鎳燒結(jié)；反應(yīng)腔溫度維持700°C，在陰極與陽極之間提供IKW的直流放電和600V的偏壓；通入質(zhì)量比為3: 8的乙炔和氨氣15分鐘；隨爐冷卻至室溫，生長碳納米管；
[0071](6)將生長好碳納米管的基板在50°C，丙酮中超聲振蕩50min除去基板表面的抗蝕劑PMMA，得到場發(fā)射陰極。
[0072]其中，本實施例中的硅片基板的熱膨脹系數(shù)為3.0X10_6m/K，鉬的熱膨脹系數(shù)為
9.5X10_6m/K，鎳的熱膨脹系數(shù)為llX10_6m/K。圖2為本實施例制備的場發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，21為硅片基板，22為金屬鈦層，23為催化劑鎳層，24為碳納米管陣列。
[0073]實施例3
[0074]一種場發(fā)射陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0075]( I)清洗玻璃基板，采用磁控濺射的方法設(shè)置氧化銦錫薄膜；所述陶瓷基板的清洗操作為:依次用蒸餾水、丙酮、無水乙醇、蒸餾水進行超聲清洗，在每種溶液中超聲清洗的時間為5~30分鐘；
[0076](2)在基板的氧化銦錫薄膜表面上，利用X射線光刻法刻蝕出包括直徑為5(T60nm,高0.3^0.4μηι,周期為5 μ m矩形排列的若干個凹槽的凹槽模型；采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為抗蝕劑；
[0077](3)在凹槽模型的凹槽內(nèi)利用絲網(wǎng)印刷法制備厚度為0.8μπι的金屬鈦層作為金屬緩沖層；具體地，制備鈦漿料，成分為鈦金屬顆粒，有機溶劑丁基溶酐乙酸酯，粘合劑環(huán)氧樹脂，用刮板擠壓鈦漿料使其通過絲網(wǎng)板漏印到絲網(wǎng)下的基板表面，再把基板放入干燥箱中，加熱至50°C，保持15min，使印刷層干燥并去除漿料中的有機溶劑；
[0078](4)在金屬鈦層上利用磁控濺射法生長厚度為40nm的鈷層作為催化劑層；具體地，將制備好金屬緩沖層的基板，以及催化劑鈷靶材固定在磁控濺射真空腔室內(nèi)，調(diào)整基板與靶材的距離為8cm，抽真空至lX10_4Pa，通入流量為6sccm的惰性氣體氬氣，加熱至300°C，以30W的濺射功率濺射靶材15分鐘，隨爐冷卻至室溫。
[0079](5)在鈷層上利用化學(xué)氣相沉積法生長高度為ΙΟμπι的碳納米管；具體地，將制備好金屬緩沖層的基板固定在真空腔室內(nèi)，抽真空至lX10_2Pa，加熱至600°C，維持15分鐘，使鈷燒結(jié)；反應(yīng)腔溫度維持600°C，在陰極與陽極之間提供IKW的直流放電和600V的偏壓；通入質(zhì)量比為3: 8的乙炔和氨氣25分鐘；隨爐冷卻至室溫，生長碳納米管；
[0080](6)將生長好碳納米管的基板在50°C，丙酮中超聲振蕩50min除去基板表面的抗蝕劑PMMA，得到場發(fā)射陰極。
[0081]其中，本實施例中的玻璃基板的熱膨脹系數(shù)為4.5X10_6m/K，鈦的熱膨脹系數(shù)為
10.8X 10_6m/K，鈷的熱膨脹系數(shù)為 12.5X 10_6m/K。
[0082]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種場發(fā)射陰極，包括基板、設(shè)置在基板上的導(dǎo)電薄膜和形成在導(dǎo)電薄膜上的電子發(fā)射體陣列，其特征在于，所述導(dǎo)電薄膜與電子發(fā)射體陣列之間設(shè)置有一厚度為0.1-0.8 μ m的金屬緩沖層，所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射陰極，其特征在于，所述金屬緩沖層的材料為金屬鉻、鈦、鉬或其化合物。
3.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射陰極，其特征在于，所述金屬或金屬化合物的顆粒尺寸為8~15nm。
4.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射陰極，其特征在于，所述基板為硅片、陶瓷或玻璃；所述導(dǎo)電薄膜為氧化銦錫薄膜；所述電子發(fā)射體陣列為ZnO納米棒陣列或碳納米管陣列。
5.一種場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)提供潔凈基板，在所述基板表面制備一層導(dǎo)電薄膜； (2)在所述導(dǎo)電薄膜表面刻蝕出所需凹槽模型； (3)在所述凹槽模型的凹槽內(nèi)制備一厚度為0.4^0.8 μ m的金屬緩沖層； (4)在所述金屬緩沖層的表面生長一催化劑層； (5)在所述催化劑層上生長電子發(fā)射體陣列，即得到場發(fā)射陰極； 其中，所述金屬緩沖層的材料為熱膨脹系數(shù)介于所述基板與所述電子發(fā)射體陣列之間的金屬或金屬化合物。
6.如權(quán)利要求5所述的場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，所述金屬緩沖層的材料為金屬鉻、鈦、鉬或其化合物。
7.如權(quán)利要求5所述的場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，所述金屬或金屬化合物的顆粒尺寸為8~15nm。
8.如權(quán)利要求5所述的場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，所述金屬緩沖層采用旋涂法、噴涂法、絲網(wǎng)印刷法或磁控濺射法制備。
9.如權(quán)利要求5所述的場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，所述基板為硅片、陶瓷或玻璃；所述導(dǎo)電薄膜為氧化銦錫薄膜；所述電子發(fā)射體陣列為ZnO納米棒陣列或碳納米管陣列。
10.如權(quán)利要求5所述的場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于，所述催化劑層采用磁控濺射法制備，所述電子發(fā)射體陣列采用化學(xué)氣相沉積法制備。
【文檔編號】H01J1/304GK103779148SQ201210406044
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】周明杰, 梁艷馨, 陳貴堂 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司