本發(fā)明涉及電子發(fā)射設(shè)備，更具體地，涉及使用石墨烯的電子發(fā)射設(shè)備及其制造方法。

背景技術(shù)：

常規(guī)電子發(fā)射設(shè)備通過在真空中加熱諸如鎢絲的元件來發(fā)射熱電子，或者通過向碳納米管施加電場來發(fā)射冷電子。目前，包括使用非常薄的石墨烯作為電子發(fā)射源的石墨烯發(fā)射器的電子發(fā)射設(shè)備被研究。包括石墨烯發(fā)射器的電子發(fā)射設(shè)備可以在低電壓下被驅(qū)動以獲得高電流，容易被制造成大陣列結(jié)構(gòu)，從而被應(yīng)用于大的顯示裝置、照明裝置、高分辨率電子顯微鏡等。此外，如果陽極電極由鎢、銅、鉬等制成，電子發(fā)射設(shè)備可以被用作X射線發(fā)生器的電子發(fā)射源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式提供使用石墨烯的電子發(fā)射設(shè)備及其制造方法。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)一實(shí)施方式，由于石墨烯發(fā)射器被設(shè)置在插入到金屬支架中的發(fā)射器板的邊緣處，并且垂直于金屬支架的頂表面被設(shè)置，所以場增強(qiáng)效應(yīng)可以被最大化。因此，電子可以被有效地從石墨烯發(fā)射器發(fā)射。此外，由于石墨烯柵極被設(shè)置在石墨烯發(fā)射器之上，所以從石墨烯發(fā)射器發(fā)射的電子可以具有方向性地到達(dá)陽極電極而不被分散。根據(jù)本實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備可以被不同地應(yīng)用于顯示裝置、照明裝置、高分辨率電子顯微鏡等。另外，如果陽極電極由鎢、銅、鉬等制造，電子發(fā)射設(shè)備可以被實(shí)現(xiàn)為X射線發(fā)生器的電子發(fā)射源。此外，由于制造發(fā)射器板和柵電極的工藝簡單，所以電子發(fā)射設(shè)備和電子發(fā)射設(shè)備陣列可以容易被制造。

附圖說明

圖1是根據(jù)一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備的透視圖。

圖2是圖1中示出的電子發(fā)射設(shè)備的剖視圖。

圖3是根據(jù)一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備的金屬支架和發(fā)射器板的透視圖。

圖4A和4B分別示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備的發(fā)射器板的前表面和后表面。

圖5示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的應(yīng)用于電子發(fā)射設(shè)備的變型的發(fā)射器板。

圖6是根據(jù)一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備的柵電極的底部透視圖。

圖7示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的應(yīng)用于電子發(fā)射設(shè)備的變型的柵電極。

圖8是根據(jù)另一示例實(shí)施方式的金屬支架和發(fā)射器板的透視圖。

圖9至14是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造電子發(fā)射設(shè)備的方法的視圖。

圖15至20是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造發(fā)射器板的方法的視圖。

圖21至24是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造柵電極的方法的視圖。

圖25至29是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造柵電極的方法的視圖。

圖30A示出卷型發(fā)射器板。

圖30B示出通過切割圖30A中示出的卷型發(fā)射器板的一部分制造的發(fā)射器板。

圖31是根據(jù)另一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備陣列的分解透視圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，通過參考附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明將被詳細(xì)描述。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式被實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為限于此處闡述的實(shí)施方式，更確切地，這些實(shí)施方式被提供使得本公開將詳盡和完整，并且將向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完全傳遞本發(fā)明的構(gòu)思。在圖中，相同附圖標(biāo)記指代相同元件，并且為了清晰，元件的尺寸或厚度被夸大。還將理解，當(dāng)一層被稱為在另外的層或基板“上”時，它能直接在所述另外的層或基板上，或者還可以存在居間層。以下提到的層的材料僅是示例并且另外的材料也可以被使用。

圖1是根據(jù)一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備100的透視圖。圖2是圖1中示出的電子發(fā)射設(shè)備100的剖視圖。

參考圖1和2，電子發(fā)射設(shè)備100包括：金屬支架110、插入到金屬支架110中的發(fā)射器板120、設(shè)置在金屬支架110上的絕緣層130和設(shè)置在絕緣層130上的柵電極140。這里，發(fā)射器板120包括發(fā)射器支撐構(gòu)件121和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121上的石墨烯發(fā)射器122。柵電極140包括柵極支撐構(gòu)件141和附接到柵極支撐構(gòu)件141上的石墨烯柵極142。

金屬支架110可以與發(fā)射器支撐構(gòu)件121一起用作陰極電極。發(fā)射器板120被插入到金屬支架110中。圖3是插入到金屬支架110中的發(fā)射器板120的透視圖。參考圖3，具有預(yù)定形狀的槽110a穿透金屬支架110。這里，槽110a可以被設(shè)置為在金屬支架110的第一表面(例如頂表面)和第二表面(例如底表面)之間穿過。槽110a可以將以下要被描述的石墨烯發(fā)射器122調(diào)準(zhǔn)為垂直于金屬支架110的第一表面。為此，槽110a可以垂直于金屬支架110的第一表面被設(shè)置。金屬支架110可以包括具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料。

發(fā)射器板120被插入到金屬支架110的槽110a中。這里，發(fā)射器板120被設(shè)置為從金屬支架110的第一表面突出預(yù)定高度。圖4A和4B分別示出發(fā)射器板120的前表面和后表面。參考圖4A和4B，發(fā)射器板120包括發(fā)射器支撐構(gòu)件121和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121上的石墨烯發(fā)射器122。發(fā)射器支撐構(gòu)件121可以是在其頂部邊緣處具有發(fā)射器凹槽121a的金屬膜。發(fā)射器凹槽121a可以具有例如半圓形形狀。然而，發(fā)射器凹槽121a不限于此并且可以具有各種形狀。發(fā)射器支撐構(gòu)件121支撐石墨烯發(fā)射器122。發(fā)射器支撐構(gòu)件121可以與以上描述的金屬支架110一起用作陰極電極。為此，當(dāng)被插入到金屬支架110的槽110a中時，發(fā)射器支撐構(gòu)件121可以被電連接到金屬支架110。與金屬支架110相同地，發(fā)射器支撐構(gòu)件121可以包括具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料。

石墨烯發(fā)射器122被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121上。具體地，石墨烯發(fā)射器122被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121的表面上以覆蓋設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件121的頂部邊緣處的發(fā)射器凹槽121a。這樣，石墨烯發(fā)射器122可以被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件121的頂部邊緣處。石墨烯發(fā)射器122可以包括具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。圖4A和4B示出在其中石墨烯發(fā)射器122被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121的后表面上的一示例。然而，石墨烯發(fā)射器122可以被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121的前表面上。如以上描述地，由于發(fā)射器板120被設(shè)置為從金屬支架110的第一表面突出預(yù)定高度，所以設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件121的頂部邊緣處的石墨烯發(fā)射器122可以被暴露在金屬支架110的第一表面之上。

圖5示出根據(jù)本實(shí)施方式的應(yīng)用于電子發(fā)射設(shè)備100的變型的發(fā)射器板120'。參考圖5，發(fā)射器板120'包括發(fā)射器支撐構(gòu)件121'和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121'上的石墨烯發(fā)射器122'。發(fā)射器支撐構(gòu)件121'可以是格柵型金屬網(wǎng)格。石墨烯發(fā)射器122'可以被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件121'的表面上。在這種情況下，石墨烯發(fā)射器122'可以位于發(fā)射器支撐構(gòu)件121'的頂部邊緣處。石墨烯發(fā)射器122'可以包括如以上描述的具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。

再參考圖1和2，絕緣層130被設(shè)置在金屬支架110的第一表面上。絕緣層130可以具有比發(fā)射器板120的從金屬支架110的第一表面突出的高度更大的厚度，以這樣一方式使得石墨烯發(fā)射器122和柵電極140彼此間隔開預(yù)定距離。柵電極140被設(shè)置在絕緣層130上。圖4是柵電極140的底部透視圖。柵電極140包括柵極支撐構(gòu)件141和附接到柵極支撐構(gòu)件141上的石墨烯柵極142。柵極支撐構(gòu)件141可以是在其中心部分處具有柵孔141a的金屬膜。柵孔141a可以位于垂直設(shè)置的石墨烯發(fā)射器122之上。柵孔141a可以具有例如圓形形狀。然而，柵孔141a不限于此并且可以具有各種形狀。柵極支撐構(gòu)件141可以包括具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料。石墨烯柵極142被附接到柵極支撐構(gòu)件141上。具體地，石墨烯柵極142被附接到柵極支撐構(gòu)件141的表面上以覆蓋柵孔141a。石墨烯柵極142可以包括具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。圖4示出在其中石墨烯柵極142被附接到柵極支撐構(gòu)件141的底表面上的一示例。然而，石墨烯發(fā)射器142可以被附接到柵極支撐構(gòu)件141的頂表面上。

圖7示出根據(jù)本實(shí)施方式的可應(yīng)用于電子發(fā)射設(shè)備100的變型的柵電極140'。參考圖7，柵電極140'包括柵極支撐構(gòu)件141'和附接到柵極支撐構(gòu)件141'上的石墨烯柵極142'。柵極支撐構(gòu)件141'可以是格柵型金屬網(wǎng)格。柵極發(fā)射器142'可以被附接到柵極支撐構(gòu)件141'的表面上。柵極發(fā)射器142'可以包括如以上描述的具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。再參考圖1和2，陽極電極150被設(shè)置在柵電極140之上與柵電極140間隔開。陽極電極150可以包括各種導(dǎo)電材料。盡管圖1和2中未示出，但是用于使從石墨烯發(fā)射器122發(fā)射的電子聚焦的至少一個聚焦電極還可以被設(shè)置在柵電極140和陽極電極150之間。

在以上描述的電子發(fā)射設(shè)備100中，當(dāng)預(yù)定電壓被施加到金屬支架110、柵電極140和陽極電極150的每個時，由于石墨烯發(fā)射器122附近產(chǎn)生的電場，電子被從石墨烯發(fā)射器122發(fā)射。被發(fā)射的電子穿過石墨烯柵極142并且達(dá)到陽極電極150上的預(yù)定位置。這里，由于石墨烯發(fā)射器122被設(shè)置在垂直于金屬支架110的第一表面(例如頂表面)的發(fā)射器板120的頂部邊緣處，所以場增強(qiáng)效應(yīng)可以被最大化。因此，電子可以被有效地從石墨烯發(fā)射器122發(fā)射。此外，由于石墨烯柵極142被直接設(shè)置在石墨烯發(fā)射器122之上，所以從石墨烯發(fā)射器122發(fā)射的電子可以具有方向性地到達(dá)陽極電極150而不被分散。根據(jù)本實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備100可以被不同地應(yīng)用于顯示裝置、照明裝置、高分辨率電子顯微鏡等。此外，如果陽極電極150由鎢、銅、鉬等制造，電子發(fā)射設(shè)備100可以被實(shí)現(xiàn)為X射線發(fā)生器的電子發(fā)射源。

圖8是根據(jù)另一示例實(shí)施方式的金屬支架210和多個發(fā)射器板220的透視圖。參考圖8，金屬支架210包括多個槽210a，并且發(fā)射器板220被插入到槽210a中。這里，發(fā)射器板220被設(shè)置為從金屬支架210的第一表面(例如頂表面)突出預(yù)定高度。發(fā)射器板220的每個包括發(fā)射器支撐構(gòu)件221和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件221上的石墨烯發(fā)射器222。發(fā)射器支撐構(gòu)件221可以是在其頂部邊緣處具有發(fā)射器孔的金屬膜。在這種情況下，石墨烯發(fā)射器222被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件221的表面上以覆蓋發(fā)射器孔。這樣，石墨烯發(fā)射器222被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件221的頂部邊緣處。發(fā)射器支撐構(gòu)件221可以是如圖5中示出的金屬網(wǎng)格。盡管圖8示出在其中三個發(fā)射器板220被插入到金屬支架210中的一示例，但是根據(jù)需要，不同數(shù)量的發(fā)射器板可以被插入到金屬支架210中。

圖9至14是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造電子發(fā)射設(shè)備的方法的視圖。

參考圖9，具有槽310a的金屬支架310被提供。這里，槽310a可以被設(shè)置為從金屬支架310的第一表面(例如圖9中的底表面)到第二表面(例如圖9中的頂表面)穿透金屬支架310。槽310a可以垂直于金屬支架310的第一表面(或第二表面)被設(shè)置。金屬支架310可以包括具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料。

參考圖10，第一和第二支撐物421和422被順序設(shè)置在基座410上，然后金屬支架310被設(shè)置在第二支撐物422上。這里，金屬支架310的第一表面被設(shè)置為接觸第二支撐物422。第一支撐物421可以包括具有比槽310a的寬度更小的寬度的第一通孔421a，并且第二支撐物422可以包括具有比槽310a的寬度更大的寬度的第二通孔422a。第二支撐物422可以具有與以下將被描述的發(fā)射器板320的從金屬支架310突出的高度相應(yīng)的厚度。金屬支架310可以以槽310a位于第一和第二通孔421a和422a上這樣的方式被設(shè)置在第二支撐物422上。

隨后，發(fā)射器板320被提供。發(fā)射器板320包括發(fā)射器支撐構(gòu)件321和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件321上的石墨烯發(fā)射器322。發(fā)射器支撐構(gòu)件321可以是在其邊緣(例如圖10中的底部邊緣)處具有發(fā)射器凹槽321a的金屬膜。發(fā)射器凹槽321a可以具有例如半圓形形狀。然而，發(fā)射器凹槽321a不限于此并且可以具有各種形狀。發(fā)射器支撐構(gòu)件321支撐石墨烯發(fā)射器322。石墨烯發(fā)射器322可以被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件321的表面上以覆蓋發(fā)射器凹槽321a。這樣，石墨烯發(fā)射器322位于發(fā)射器板320的邊緣處。石墨烯發(fā)射器322可以包括具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。發(fā)射器支撐構(gòu)件321可以是如圖5中示出的金屬網(wǎng)格。在這種情況下，石墨烯發(fā)射器322可以被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件321的表面上以覆蓋發(fā)射器支撐構(gòu)件321的邊緣。然后，提供的發(fā)射器板320被插入到金屬支架310的槽310a中。這里，發(fā)射器板320的邊緣(例如圖10中石墨烯發(fā)射器322被設(shè)置在其上的底部邊緣)最初被從金屬支架310的第二表面(例如圖10中的頂表面)插入到槽310a中。

參考圖11，發(fā)射器板320以發(fā)射器板320的邊緣(例如圖11中石墨烯發(fā)射器322被設(shè)置在其上的底部邊緣)從金屬支架310的第一表面(例如圖11中的底表面)突出這樣的方式被插入到槽310a中。這里，發(fā)射器板320從金屬支架310的第一表面(例如圖11中的底表面)突出以穿過第二通孔422a并且接觸第一支撐物421的頂表面。因此，發(fā)射器板320的從金屬支架310的第一表面突出的高度與第二支撐物422的厚度相應(yīng)。如以上描述地，由于發(fā)射器板320的從金屬支架310的第一表面被暴露的高度根據(jù)第二支撐物422的厚度變化，所以石墨烯發(fā)射器322和柵電極420之間的距離可以通過調(diào)整第二支撐物422的厚度被控制。隨后，發(fā)射器板320通過使用導(dǎo)電粘合劑被固定在槽310a中。這樣，金屬支架310和發(fā)射器支撐構(gòu)件321可以被彼此電連接，因此可以一起用作陰極電極。如上面描述地被制造的金屬支架310和插入到金屬支架310中的發(fā)射器板320在圖12中被示出。圖12示出在圖11中被制造的金屬支架310和發(fā)射器板320被翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)。參考圖12，發(fā)射器板320的邊緣(例如圖12中石墨烯發(fā)射器322被設(shè)置在其上的頂部邊緣)從金屬支架310的第一表面(例如圖12中的頂表面)突出預(yù)定高度。

參考圖13，絕緣層330被形成在金屬支架310的第一表面(例如圖13中的頂表面)上。這里，絕緣層330可以具有比發(fā)射器板320的從金屬支架310的第一表面突出的高度更大的厚度。

參考圖14，柵電極340被提供。柵電極340包括柵極支撐構(gòu)件341和附接到柵極支撐構(gòu)件341上的石墨烯柵極342。柵極支撐構(gòu)件341可以是在其中心部分處具有柵孔341a的金屬膜。柵孔341a可以位于垂直設(shè)置的石墨烯發(fā)射器322之上。柵孔341a可以具有例如圓形形狀。然而，柵孔341a不限于此并且可以具有各種形狀。柵極支撐構(gòu)件341可以包括具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料。石墨烯柵極342被附接到柵極支撐構(gòu)件341上。具體地，石墨烯柵極342被附接到柵極支撐構(gòu)件341的表面上以覆蓋柵孔341a。石墨烯柵極342可以包括具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。柵極支撐構(gòu)件341可以是如圖7中示出的金屬網(wǎng)格。在這種情況下，石墨烯柵極342可以被附接到柵極支撐構(gòu)件341的表面上。然后，提供的柵電極340被附接到絕緣層330的頂表面上。此后，陽極電極(未示出)被設(shè)置在柵電極340上，從而電子發(fā)射設(shè)備被完整制造。

圖15至20是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造發(fā)射器板520的方法的視圖。

參考圖15，首先，生長基板500被提供。生長基板500被用于在其上生長石墨烯。生長基板500可以包括例如諸如銅、鎳、鐵或鈷的金屬，但是不限于此。隨后，石墨烯層522'被形成在生長基板500上。這里，石墨烯層522'可以通過基于化學(xué)氣相沉積(CVD)在生長基板500上生長石墨烯被形成。如果生長基板500包括例如銅，則石墨烯層522'可以具有單層結(jié)構(gòu)。如果生長基板500包括例如諸如鎳、鐵或鈷的過渡金屬，則石墨烯層522'可以具有多層結(jié)構(gòu)。生長石墨烯的溫度和時間可以分別是例如約800至1000℃和約30分鐘至2小時，但是不限于此。用于生長石墨烯的氣體可以包括氫和碳?xì)浠衔?。隨后，參考圖16，生長基板500使用預(yù)定蝕刻劑被去除，并且因此僅石墨烯層522'被留在蝕刻劑中。

參考圖17，金屬膜521'被提供。這里，金屬膜521'可以具有能夠通過自身保持其形狀的厚度。參考圖18，通孔521'a被形成在金屬膜521'中。通孔521'a可以基于例如沖壓或光刻被形成。通孔521'a可以被形成在金屬膜521'的中心部分處。通孔521'a可以具有例如圓形形狀。然而，通孔521'a不限于此并且可以具有各種形狀。

參考圖19，石墨烯層522'被轉(zhuǎn)移到金屬膜521'上。這里，石墨烯層522'可以被附接到金屬膜521'的表面上以覆蓋通孔521'a。隨后，金屬膜521'和石墨烯層522'沿穿過通孔521'a的切割線A被切割。這樣，包括發(fā)射器支撐構(gòu)件521和石墨烯發(fā)射器522的發(fā)射器板520可以如圖20中示出地被完整制造，發(fā)射器支撐構(gòu)件521在其邊緣處具有發(fā)射器凹槽521a，石墨烯發(fā)射器522被附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件521的表面上以覆蓋發(fā)射器凹槽521a。如以上描述地，發(fā)射器板520可以容易被制造。盡管在以上描述中石墨烯層522'被轉(zhuǎn)移到具有通孔521'a的金屬膜521'上，但是發(fā)射器板520可以通過將石墨烯層522'附接到金屬網(wǎng)格(未示出)的表面上然后切割金屬網(wǎng)格和石墨烯層522'被制造。

圖21至24是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造柵電極640的方法的視圖。

參考圖21，金屬膜641被提供，然后石墨烯層642被形成在金屬膜641的表面(例如圖21中的底表面)上。這里，金屬膜641被用于在其上生長石墨烯。石墨烯層642可以通過基于CVD在金屬膜641上生長石墨烯被形成。生長石墨烯的溫度和時間可以分別是例如約800至1000℃和約30分鐘至2小時，但是不限于此。用于生長石墨烯的氣體可以包括氫和碳?xì)浠衔铩?/p>

參考圖22，聚合物層660被形成在金屬膜641的另一表面(例如圖22中的頂表面)上。聚合物層660可以包括例如耐氧化聚合物層。隨后，通孔660a通過圖案化聚合物層660被形成以暴露金屬膜641的另一表面(例如頂表面)。然后，參考圖23，由通孔660a暴露的金屬膜641被選擇性地蝕刻并且去除。這樣，柵孔641a可以被形成在金屬膜641中以暴露石墨烯層642。隨后，參考圖24，聚合物層660使用預(yù)定蝕刻劑被去除，從而包括具有柵孔641a的金屬膜641和附接到金屬膜641上的石墨烯層642的柵電極640被完整制造。這里，金屬膜641和石墨烯層642分別與圖1中示出的電子發(fā)射設(shè)備100的柵極支撐構(gòu)件141和石墨烯柵極142相應(yīng)。如以上描述地，柵電極640可以容易被制造。

圖25至29是用于描述根據(jù)另一示例實(shí)施方式的制造柵電極640的方法的視圖。

參考圖25，生長基板600被提供。生長基板600可以包括例如銅、鎳、鐵或鈷，但是不限于此。隨后，石墨烯層642被形成在生長基板600上。這里，石墨烯層642可以通過基于CVD在生長基板600上生長石墨烯被形成。生長石墨烯的溫度和時間可以分別是例如約800至1000℃和約30分鐘至2小時，但是不限于此。用于生長石墨烯的氣體可以包括氫和碳?xì)浠衔?。隨后，參考圖26，生長基板600使用預(yù)定蝕刻劑被去除，從而僅石墨烯層642被留在蝕刻劑中。

參考圖27，金屬膜641被提供。這里，金屬膜641可以具有能夠通過自身保持其形狀的厚度。參考圖28，柵孔641a被形成在金屬膜641中。柵孔641a可以基于例如沖壓或光刻被形成。柵孔641a可以具有例如圓形形狀。然而，柵孔641a不限于此并且可以具有各種形狀。

參考圖29，石墨烯層642被轉(zhuǎn)移到金屬膜641上。這里，石墨烯層642可以被附接到金屬膜641的表面上以覆蓋柵孔641a。這樣，包括具有柵孔641a的金屬膜641和附接到金屬膜641上的石墨烯層642的柵電極640被完整制造。這里，金屬膜641和石墨烯層642分別與圖1中示出的電子發(fā)射設(shè)備100的柵極支撐構(gòu)件141和石墨烯柵極142相應(yīng)。盡管在以上描述中石墨烯層642被轉(zhuǎn)移到具有柵孔641a的金屬膜641上，但是柵電極640可以通過將石墨烯層642附接到金屬網(wǎng)格的表面上被制造。

圖30A示出卷型發(fā)射器板720。參考圖30A，發(fā)射器板720包括發(fā)射器支撐構(gòu)件721和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件721的表面上的多個石墨烯發(fā)射器722。這里，石墨烯發(fā)射器722可以以相等間隔被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件721的邊緣處。發(fā)射器板720可以通過以上結(jié)合圖15至20描述的工藝被制造，然后被卷繞成卷的形式。如以上描述地制造的卷型發(fā)射器板720可以容易被存儲和保存。根據(jù)需要，卷型發(fā)射器板720可以被切割到所需長度并且被使用。圖30B示出通過切割圖30A中示出的卷型發(fā)射器板720的一部分制造的發(fā)射器板720'。發(fā)射器板720'包括發(fā)射器支撐構(gòu)件721'和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件721'的表面上的多個石墨烯發(fā)射器722'。圖30B中示出的發(fā)射器板720'可以被用于制造例如大面積電子發(fā)射設(shè)備陣列。

圖31是根據(jù)另一示例實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備陣列800的分解透視圖。

參考圖31，根據(jù)本實(shí)施方式的電子發(fā)射設(shè)備陣列800包括布置成二維的多個電子發(fā)射設(shè)備。這里，電子發(fā)射設(shè)備的每個的結(jié)構(gòu)與圖1中示出的電子發(fā)射設(shè)備100的結(jié)構(gòu)相同。電子發(fā)射設(shè)備可以被單獨(dú)驅(qū)動以發(fā)射電子。

具體地，電子發(fā)射設(shè)備陣列800包括多個金屬支架810、插入到金屬支架810中的多個發(fā)射器板820、設(shè)置在金屬支架810上的絕緣層830和設(shè)置在絕緣層830上的多個柵電極840。這里，電子發(fā)射設(shè)備被設(shè)置在金屬支架810和柵電極840彼此交叉的位置處。金屬支架810被設(shè)置為以相等間隔彼此平行，并且絕緣構(gòu)件850被設(shè)置在金屬支架810之間。金屬支架810包括沿金屬支架810的長度方向被設(shè)置的槽810a。發(fā)射器板820被插入到槽810a中，并且發(fā)射器板820的上部從金屬支架810的頂表面突出。

發(fā)射器板820的每個包括發(fā)射器支撐構(gòu)件821和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件821的表面上的多個石墨烯發(fā)射器822。這里，石墨烯發(fā)射器822以相等間隔被設(shè)置在發(fā)射器板820的頂部邊緣處。石墨烯發(fā)射器822可以垂直于金屬支架810的頂表面被設(shè)置，并且從金屬支架810的頂表面突出。發(fā)射器支撐構(gòu)件821和石墨烯發(fā)射器822的詳細(xì)描述在以上給出，因此在此被省略。例如，圖30B中示出的發(fā)射器板720'可以被用作發(fā)射器板820。

絕緣層830被設(shè)置在金屬支架810上。柵電極840被設(shè)置在絕緣層830上。這里，柵電極840可以被設(shè)置為彼此平行且與金屬支架810交叉。例如，柵電極840可以被設(shè)置為垂直交叉金屬支架810。柵電極840的每個包括柵極支撐構(gòu)件841和附接到柵極支撐構(gòu)件841的表面上的多個石墨烯柵極842。這里，石墨烯柵極842可以被設(shè)置為直接在石墨烯發(fā)射器822之上。附接到柵極支撐構(gòu)件841上的石墨烯柵極842可以彼此是一體的。柵極支撐構(gòu)件841和石墨烯柵極842的詳細(xì)描述在以上給出，因此在此被省略。盡管圖31中未示出，但是陽極電極可以被設(shè)置在柵電極840之上與柵電極840間隔開某一距離。

在以上描述的電子發(fā)射設(shè)備陣列800中，當(dāng)電壓被施加到金屬支架810的至少一個和柵電極840的至少一個時，電子可以被從設(shè)置在金屬支架810和柵電極840彼此交叉的位置處的電子發(fā)射設(shè)備發(fā)射。如以上描述地，包括在電子發(fā)射設(shè)備陣列800中的電子發(fā)射設(shè)備可以被單獨(dú)驅(qū)動以發(fā)射電子。盡管本發(fā)明已經(jīng)參考其實(shí)施方式被具體示出和描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在此進(jìn)行在形式和細(xì)節(jié)上的各種改變而不背離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。

本發(fā)明的模式

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種電子發(fā)射設(shè)備包括：

金屬支架，其具有至少一個槽；

至少一個發(fā)射器板，其被插入到槽中從金屬支架的第一表面突出，并且包括發(fā)射器支撐構(gòu)件和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件上的石墨烯發(fā)射器；

絕緣層，其被設(shè)置在金屬支架的第一表面上；以及

柵電極，其被設(shè)置在絕緣層上并且包括柵極支撐構(gòu)件和附接到柵極支撐構(gòu)件上的石墨烯柵極。

石墨烯發(fā)射器可以垂直于金屬支架的第一表面被設(shè)置。石墨烯發(fā)射器可以被設(shè)置在發(fā)射器支撐構(gòu)件的邊緣處。

發(fā)射器支撐構(gòu)件可以包括在其邊緣處具有發(fā)射器凹槽的金屬膜，并且石墨烯發(fā)射器可以被附接到金屬膜上以覆蓋發(fā)射器凹槽?；蛘?，發(fā)射器支撐構(gòu)件可以包括金屬網(wǎng)格，并且石墨烯發(fā)射器可以被附接到金屬網(wǎng)格上。

柵極支撐構(gòu)件可以包括具有柵孔的金屬膜，并且石墨烯柵極可以被附接到金屬膜上以覆蓋柵孔?；蛘?，柵極支撐構(gòu)件可以包括金屬網(wǎng)格，并且石墨烯柵極可以被附接到金屬網(wǎng)格上。

陽極電極可以被設(shè)置在柵電極之上與柵電極間隔開。發(fā)射器支撐構(gòu)件可以被插入到槽中并且被電連接到金屬支架。石墨烯發(fā)射器和石墨烯柵極的每個可以包括具有單層或多層結(jié)構(gòu)的石墨烯片。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造電子發(fā)射設(shè)備的方法包括：

提供具有槽的金屬支架；

提供發(fā)射器板，其包括發(fā)射器支撐構(gòu)件和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件上的石墨烯發(fā)射器；

將金屬支架置于支撐物上，然后將發(fā)射器板插入到金屬支架的槽中；

允許發(fā)射器板從金屬支架的第一表面突出預(yù)定高度；

在金屬支架的第一表面上形成絕緣層；

提供柵電極，其包括柵極支撐構(gòu)件和附接到柵極支撐構(gòu)件上的石墨烯柵極；以及

在絕緣層上設(shè)置柵電極。

支撐物可以包括第一支撐物和第二支撐物，第一支撐物包括具有比槽的寬度更小的寬度的第一通孔，第二支撐物被堆疊在第一支撐物上并且包括具有比槽的寬度更大的寬度的第二通孔。金屬支架可以被設(shè)置在第二支撐物上，并且第二支撐物可以具有與發(fā)射器板的從金屬支架的第一表面突出的高度相應(yīng)的厚度。

發(fā)射器板的提供可以包括：提供生長基板，然后在生長基板上形成石墨烯層；去除生長基板；提供金屬膜，然后在金屬膜中形成通孔；將石墨烯層轉(zhuǎn)移到金屬膜上以覆蓋通孔；以及沿穿過通孔的切割線切割金屬膜。生長基板可以包括銅、鎳、鐵或鈷。石墨烯層可以通過基于化學(xué)氣相沉積(CVD)在生長基板上生長石墨烯被形成。

發(fā)射器板的提供可以包括：提供生長基板，然后在生長基板上形成石墨烯層；去除生長基板；提供金屬網(wǎng)格，然后將石墨烯層轉(zhuǎn)移到金屬網(wǎng)格上；以及切割金屬網(wǎng)格。

柵電極的提供可以包括：在金屬膜的第一表面上形成石墨烯層；在金屬膜的第二表面上形成聚合物層，然后圖案化聚合物層；通過蝕刻金屬膜的由被圖案化的聚合物層暴露的第二表面在金屬膜中形成柵孔；以及去除被圖案化的聚合物層。

柵電極的提供可以包括：提供生長基板，然后在生長基板上形成石墨烯層；去除生長基板；提供金屬膜，然后在金屬膜中形成柵孔；以及將石墨烯層轉(zhuǎn)移到金屬膜上以覆蓋柵孔。

柵電極的提供可以包括：提供生長基板，然后在生長基板上形成石墨烯層；去除生長基板；以及提供金屬網(wǎng)格，然后將石墨烯層轉(zhuǎn)移到金屬網(wǎng)格上。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，

一種電子發(fā)射設(shè)備陣列包括布置成二維的多個電子發(fā)射設(shè)備，

電子發(fā)射設(shè)備的每個包括：

金屬支架，其具有至少一個槽；

至少一個發(fā)射器板，其被插入到槽中從金屬支架的第一表面突出，并且包括發(fā)射器支撐構(gòu)件和附接到發(fā)射器支撐構(gòu)件上的石墨烯發(fā)射器；

絕緣層，其被設(shè)置在金屬支架的第一表面上；以及

柵電極，其被設(shè)置在絕緣層上并且包括柵極支撐構(gòu)件和附接到柵極支撐構(gòu)件上的石墨烯柵極。