[發明專利]一種大面積電子場致發射納米結構陣列及其制備方法

無效

• 申請號: 200710029815.2
• 申請日: 2007-08-21
• 公開（公告）號: CN101150028A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 任山;劉向陽
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明涉及一種大面積電子場致發射納米結構陣列及其制備技術。

背景技術

研究發現，場致發射體的尖端結構能夠增強尖端處的場強，顯著改善發射體材料的發射性能。如文獻“Lo?HC，Das?D，Chen?KH，et?al.SiC-cappednahotip?arrays?for?field?emission?with?ultralow?turn-on?field.Appl.Phys.Lett.2003，83：14?20-1422.”，采用等離子刻蝕技術在硅片表面制備了有序排列的Si納米尖，其尖端頂部帶有幾個納米厚的SiC“帽子”，這種納米結構的開啟電場僅為0.35V/μm。如文獻“Tang?C，Bando?Y.Effect?of?BN?coatings?onoxidation?resistance?and?field?emission?of?SiC?nanowires.Appl.Phys.Lett.2003，83：659-661.”，SiC納米線外包裹了一層2-4nm的BN層后，其開啟電場也由原來的10V/μm降至6V/μm。如文獻“Li?YB，Bando?Y，Golberg?D.Z?nOnanoneedles?with?tip?surface?perturbations：Excellent?field?emitters.Appl.Phys.Lett.2004，84：3603-3605.”，也發現位于氧化鋅納米針尖端，厚1-3nm的表面微擾層的存在能夠大大降低場發射電場。

依靠光刻方法制備具有納米尖端結構的大面積場致發射體陣列，其生產成本比較高。

發明內容

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供一種大面積電子場致發射納米結構陣列及其制備方法。其制備方法可控性好，方法簡單，適合制備大面積場致發射陣列。

本發明的大面積有序電子場致發射納米結構陣列，該陣列結構為在大面積平整基體上均勻分布有與基體垂直的、具有針尖狀尖端結構的氧化鋁納米錐陣列；氧化鋁納米錐之間的基體上分布有納米尺寸孔洞，在孔洞中填充有作為發射體導電電極的導電材料；在所述每一個氧化鋁納米錐及所述導電材料的表面覆蓋有一層電子場發射材料。

所述氧化鋁納米錐的長度為5nm～5um，納米錐根部直徑為5nm-150nm，氧化鋁納米錐分布的密度為10⁸-10¹¹/cm²；納米結構陣列的面積為平方厘米量級以上。

所述電子場發射材料為鎢、鉬、類金剛石、碳納米管、氧化鋅、氧化鐵、氧化鎢、氧化鉬、硫化銅、硫化鋅或硫化亞銅，以及其它已知的具有良好場發射性能的寬帶半導體和窄帶半導體材料。

所述在孔洞中填充的作為發射體導電電極的導電材料為銀、銅、鎳、或鋁等導電性優良的材料。

本發明的大面積有序電子場致發射體納米結構陣列的制備方法如下：對鋁片或附著在基底上的鋁箔進行電化學陽極氧化處理得到表面為帶納米孔洞的氧化鋁膜的平整基體；在20～80℃溫度下，用能與氧化鋁反應的、體積濃度為1％～20％的浸蝕液對所得的氧化鋁膜進行浸蝕處理5～30分鐘，邊浸蝕邊攪拌，攪拌速度為5～80轉/分鐘，即得到大面積有序氧化鋁納米錐陣列；然后采用電鍍的方法或高壓熔融填充的方法把作為發射體導電電極的導電材料填充到納米孔洞中；再采用成熟的物理氣相或化學氣相鍍膜方法把電子場發射材料覆蓋于氧化鋁納米錐及導電材料的表面形成連續薄膜或顆粒膜，即得。

所述浸蝕液優選硫酸溶液、草酸溶液、磷酸溶液、鉻酸溶液或它們中的任意兩種或兩種以上的混合液，或者是氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀或它們中的任意兩種或兩種以上的混合液。

所述浸蝕液的體積濃度優選為1％～15％。

所述浸蝕處理的最佳攪拌速度為10～50轉/分鐘。

所述鋁片或附著在基底上的鋁箔的厚度優選為100nm～2mm。

所述基底可以為導電金屬或非導電材料，如半導體，玻璃，陶瓷，高分子聚合物等。