一種多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于平板顯示器制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日本佳能公司提出的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器件(Surface-conduct1nElectron-emitter Display, SED)，作為FED的一種，其顯示效果在目前平板顯示器件中非常的突出。
[0003]SED的顯像原理與傳統(tǒng)的陰極射線顯像管(Cathode Ray Tube，CRT)類似，不同于CRT的是，SED將涂有熒光材料的玻璃板與鋪有大量表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的玻璃底板平行擺放，這樣的結(jié)構(gòu)使得SED的厚度可以做得相當(dāng)薄，易于平板化、大型化；同時(shí)，SED的能耗也比較低。SED工作時(shí)，在陰極板的器件電極上施加一個(gè)十幾伏的電壓，則在導(dǎo)電膜的裂縫處產(chǎn)生強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)，由于隧道效應(yīng)，隧穿電子從裂縫的一端飛向另一端，從而產(chǎn)生表面?zhèn)鲗?dǎo)電流。在陽極板的陽極上施加高壓后能夠吸引陰極發(fā)射的電子中的一部分轟擊熒光粉發(fā)光。
[0004]表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器的核心部分是表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源，制備該發(fā)射源的技術(shù)難點(diǎn)是如何在導(dǎo)電薄膜上形成統(tǒng)一的納米級(jí)裂縫，來實(shí)現(xiàn)隧穿電子發(fā)射。佳能公司經(jīng)過多年的研究開發(fā)，通過對(duì)薄膜進(jìn)行“加電形成”工藝(electro-forming process)和“激活”工藝(activat1n process)得到納米級(jí)縫隙。但是，“加電形成”工藝形成的基本原理是利用加電產(chǎn)生的焦耳熱對(duì)電子發(fā)射薄膜進(jìn)行加熱“燒斷”，其位置和寬度具有隨機(jī)性，各個(gè)電子發(fā)射單元之間的一致性較差，影響了電子發(fā)射源的性能，使表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源的電流密度及電子發(fā)射效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)及其制備方法，該結(jié)構(gòu)的電流密度及電子發(fā)射效率較高，并且便于制備。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基板，基板上設(shè)有下電極，電子發(fā)射薄膜沉積于下電極上，且下電極與電子發(fā)射薄膜之間自下到上依次設(shè)有絕緣介質(zhì)層及上電極，其中，上電極的長(zhǎng)度小于絕緣介質(zhì)層的長(zhǎng)度，電子發(fā)射薄膜上開設(shè)有兩個(gè)納米裂縫，兩個(gè)納米裂縫位于上電極的兩側(cè)，兩個(gè)納米裂縫位于絕緣介質(zhì)層上，上電極及下電極分別與電源的正極及負(fù)極相連接。
[0007]所述下電極的厚度為20?200nm，且下電極和上電極均由金、鉑、銅、銀、鎳或鉻制備而成。
[0008]下電極為ΙΤ0玻璃板。
[0009]電子發(fā)射薄膜的厚度為30?100nm，電子發(fā)射薄膜由氧化鈀或氧化鋅制成。
[0010]所述絕緣介質(zhì)層的厚度為50?200nm，絕緣介質(zhì)層采用二氧化鎂、二氧化硅、二氧化鋁或氧化鉿材料制成。
[0011]電子發(fā)射薄膜上設(shè)有凸起，凸起的中部沿軸向設(shè)有間隙，間隙的下部填充有凸起介質(zhì)，間隙的上部作為納米裂縫。
[0012]凸起介質(zhì)的寬度為1?5 μπι，厚度為20?200nm。
[0013]本發(fā)明所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟:
[0014]1)在基板上制作下電極；
[0015]2)采用磁控濺射法在下電極上制備絕緣介質(zhì)層；
[0016]3)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層制備上電極；
[0017]4)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層、上電極及下電極上制備電子發(fā)射薄膜；
[0018]5)對(duì)電子發(fā)射薄膜采用加電形成技術(shù)制得納米裂縫，得多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)及方法包括基板，基板上設(shè)有下電極，電子發(fā)射薄膜沉積于下電極上，且下電極與電子發(fā)射薄膜之間自下到上依次設(shè)有絕緣介質(zhì)層及上電極，利用多層電極之間電子發(fā)射薄膜的厚度差異的特點(diǎn)以及覆蓋在上電極上的電子發(fā)射薄膜與電子發(fā)射薄膜其他部分的差異性使覆蓋在上電極上的電子發(fā)射薄膜在“加電形成”時(shí)產(chǎn)生更多的焦耳熱，使納米裂縫可以在絕緣介質(zhì)層形成，實(shí)現(xiàn)納米裂縫位置的可控制作，進(jìn)而通過上電極與下電極之間填充絕緣介質(zhì)層墊高電子發(fā)射薄膜，縮短電子發(fā)射薄膜與陽極板間的距離，使電子隧穿發(fā)射后更容易散射并被陽極所吸引，有效增加了隧穿電子射向陽極的比例，從而提高了場(chǎng)發(fā)射電子效率及電流密度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示像素點(diǎn)集成度高，并且該方法形成的納米裂縫穩(wěn)定性強(qiáng)，易于控制及制備，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1為SED的原理圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的剖面圖；
[0024]圖4為圖3的俯視圖；
[0025]圖5為本發(fā)明中有凸起填充介質(zhì)時(shí)的剖面圖；
[0026]圖6為圖5的俯視圖。
[0027]其中，100為基板、150為下電極、160為上電極、250為電子發(fā)射薄膜、260為納米裂縫、300為絕緣介質(zhì)層、310為凸起介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0029]參考圖2、圖3及圖4，本發(fā)明所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)包括基板100，基板100上設(shè)有下電極150，電子發(fā)射薄膜250沉積于下電極150上，且下電極150與電子發(fā)射薄膜250之間自下到上依次設(shè)有絕緣介質(zhì)層300及上電極160，其中，上電極160的長(zhǎng)度小于絕緣介質(zhì)層300的長(zhǎng)度，電子發(fā)射薄膜250上開設(shè)有兩個(gè)納米裂縫260，兩個(gè)納米裂縫260位于上電極160的兩側(cè)，兩個(gè)納米裂縫260位于絕緣介質(zhì)層300上，上電極160及下電極150分別與電源的正極及負(fù)極相連接。
[0030]需要說明的是，所述下電極150的厚度為20?200nm，且下電極150和上電極160均由金、鉑、銅、銀、鎳或鉻制備而成；下電極150為ΙΤ0玻璃板；電子發(fā)射薄膜250的厚度為30?lOOnm，電子發(fā)射薄膜250由氧化鈀或氧化鋅制成；所述絕緣介質(zhì)層300的厚度為50?200nm，絕緣介質(zhì)層300采用二氧化鎂、二氧化硅、二氧化鋁或氧化鉿材料制成。
[0031]參考圖5及圖6，另外，電子發(fā)射薄膜250上設(shè)有凸起，凸起的中部沿軸向設(shè)有間隙，間隙的下部填充有凸起介質(zhì)310，間隙的上部作為納米裂縫260，凸起介質(zhì)310的寬度為1?5 μ m，厚度為20?200nm。
[0032]本發(fā)明所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟:
[0033]1)在基板100上制作下電極150 ；
[0034]2)采用磁控濺射法在下電極150上制備絕緣介質(zhì)層300 ；
[0035]3)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層300制備上電極160 ；
[0036]4)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層300、上電極160及下電極150上制備電子發(fā)射薄膜250 ;
[0037]5)對(duì)電子發(fā)射薄膜250采用加電形成技術(shù)制得納米裂縫260，得多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)。
[0038]參考圖1，SED原理為:SED顯示器一個(gè)像素的結(jié)構(gòu)，SED包含了下基板100和上基板，每個(gè)像素單元包含紅綠藍(lán)三個(gè)子像素，多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)制作在玻璃材質(zhì)的基板100，SED顯示器件還包含一個(gè)高電壓陽極和陰極器件電壓。當(dāng)在下電極150上施加直流電壓時(shí)，電子發(fā)射薄膜250會(huì)發(fā)射電子，在高電壓陽極的電壓加速下，電子轟擊熒光粉發(fā)光。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括基板(100)，基板(100)上設(shè)有下電極(150)，電子發(fā)射薄膜(250)沉積于下電極(150)上，且下電極(150)與電子發(fā)射薄膜(250)之間自下到上依次設(shè)有絕緣介質(zhì)層(300)及上電極(160)，其中，上電極(160)的長(zhǎng)度小于絕緣介質(zhì)層(300)的長(zhǎng)度，電子發(fā)射薄膜(250)上開設(shè)有兩個(gè)納米裂縫(260)，兩個(gè)納米裂縫(260)位于上電極(160)的兩側(cè)，兩個(gè)納米裂縫(260)位于絕緣介質(zhì)層(300)上，上電極(160)及下電極(150)分別與電源的正極及負(fù)極相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下電極(150)的厚度為20?200nm，且下電極(150)和上電極(160)均由金、鉑、銅、銀、鎳或鉻制備而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，下電極(150)為ITO玻璃板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，電子發(fā)射薄膜(250)的厚度為30?lOOnm，電子發(fā)射薄膜(250)由氧化鈀或氧化鋅制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層(300)的厚度為50?200nm，絕緣介質(zhì)層(300)采用二氧化鎂、二氧化硅、二氧化鋁或氧化鉿材料制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，電子發(fā)射薄膜(250)上設(shè)有凸起，凸起的中部沿軸向設(shè)有間隙，間隙的下部填充有凸起介質(zhì)(310)，間隙的上部作為納米裂縫(260)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸起介質(zhì)(310)的寬度為1?5 μ m，厚度為20?200nmo8.一種如權(quán)利要求1所述的多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在基板(100)上制作下電極(150); 2)采用磁控濺射法在下電極(150)上制備絕緣介質(zhì)層(300); 3)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層(300)制備上電極(160); 4)采用磁控濺射法在絕緣介質(zhì)層(300)、上電極(160)及下電極(150)上制備電子發(fā)射薄膜(250); 5)對(duì)電子發(fā)射薄膜(250)采用加電形成技術(shù)制得納米裂縫(260)，得多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多層表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括基板，基板上設(shè)有下電極，電子發(fā)射薄膜沉積于下電極上，且下電極與電子發(fā)射薄膜之間自下到上依次設(shè)有絕緣介質(zhì)層及上電極，其中，上電極的長(zhǎng)度小于絕緣介質(zhì)層的長(zhǎng)度，電子發(fā)射薄膜上開設(shè)有兩個(gè)納米裂縫，兩個(gè)納米裂縫位于上電極的兩側(cè)，兩個(gè)納米裂縫位于絕緣介質(zhì)層上，上電極及下電極分別與電源的正極及負(fù)極相連接。本發(fā)明的電流密度及電子發(fā)射效率較高。
【IPC分類】H01J9/02, H01J29/02
【公開號(hào)】CN105355529
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510808436
【發(fā)明人】吳勝利, 魏強(qiáng), 張勁濤, 胡文波
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日