[發明專利]一種復合納米金剛石薄膜電子發射陰極的制備方法

無效

• 申請號: 200910022970.0
• 申請日: 2009-06-18
• 公開（公告）號: CN101587805A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 張秀霞;魏舒怡;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明涉及冷光源、信息顯示及半導體電子技術領域，特別涉及一種復合納米金剛石薄膜電子發射陰極的制備方法，該電子發射陰極可用于制作極地考察、航空航天等的惡劣工作環境的節能冷光源、顯示器、傳感器、半導體電子源。?

背景技術

金剛石晶體具有自然界已有物質中最高的硬度、它的莫氏硬度為10。金剛石的熔點為4000℃；它還具有很高的熱導率，天然II類金剛石室溫下的導熱率為26W/(CM·K)，是銅的5倍。天然I類金剛石室溫下的導熱率為9W/(CM·K)，人造優質單晶金剛石室溫下的導熱率為18～20W/(CM·K)，一般有缺陷的人造單晶金剛石室溫下的導熱率為4.5～6.5W/(CM·K)，而一般的人造多晶金剛石室溫下的導熱率為4～10W/(CM·K)。金剛石禁帶寬度數值為5.3～5.5eV，介電常數εr為5.58±0.03，天然金剛石的電阻率為1010Ω·CM，天然II類金剛石室溫下的電阻率為1～108Ω·CM，其硼的受主能級位于價帶之上約0.37eV，具有很高的飽和載流子速度。金剛石的擊穿場強高達100×105V/cm。金剛石具有很好的化學穩定性，耐酸耐腐蝕。即使在高溫下各種酸對金剛石幾乎不起作用，空氣中較大尺寸的金剛石晶體在600～700℃以下和金剛石微粉晶體在450～500℃以下均是很穩定的。雖然金剛石的功函數高達5.8eV，但是金剛石具有負的電子親和勢。寬禁帶可降低產生電荷的數量，決定了金剛石器件具有微波特性，高擊穿場強與高的熱導率的結合，其功率承受能力大大提高，使金剛石成為需要快速熱擴散的電子發射源的首選材料。因此，金剛石薄膜電子發射陰極具有廣闊的應用前景，可用于制作節能冷光源、顯示器、傳感器、半導體電子源，能夠適應于極地考察、航空航天等的惡劣工作環境。?

目前，制備金剛石薄膜的主流工藝方法，有化學氣相沉積(MOCVD)，熱絲法MPCVD法，射頻放電法，等離子體炬法等，較之早期高溫高壓的爆炸法清潔可靠，并可沉積高質量的薄膜。金剛石薄膜的制備方法雖然有很多種，但是這些生長方法都不能得到大面積均勻的場發射性能很好金剛石薄膜。?

發明內容

本發明的目的一種復合納米金剛石薄膜電子發射陰極的制備方法，能夠制備獲得大面積均勻的復合納米金剛石薄膜，擴展金剛石薄膜電子發射陰極的尺寸，同時制備的復合納米金剛石薄膜陰極具有較高的電子發射效率、很好的散熱穩定性和較長的使用壽命?

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。?

一種復合納米金剛石薄膜電子發射陰極的制備方法，其特證在于，包括以下步驟：?

a、分別研磨納米金剛石和納米石墨，散開其團聚體，然后將納米石墨、納米金剛石、乙基纖維素按重量比2∶6∶8的比例混合作為溶質；?

b、按重量比1∶3的比例將溶質加入松油醇溶劑中，超聲分散7小時，再在390K下加熱攪拌，再次過400目篩后，自然冷卻至室溫，得納米金剛石漿料待用；?

c、選擇350目的金屬絲網，絲網印刷納米金剛石漿料在導電襯底上，然后熱燒結處理，所述導電襯底為不銹鋼板；?

d、熱燒結處理時，先升溫至340K后保持15分鐘，再升溫至420K后保持110分鐘，然后升溫至580K后保持55分鐘，最后自然冷卻至室溫，得燒結后復合納米金剛石薄膜待用；?

e、將燒結后復合納米金剛石薄膜表面進行氫等離子體處理；?

f、最后，在導電襯底上引出陰極電極，即得復合納米金剛石薄膜電子發射陰極。?

本發明的進一步改進和特點在于：?

(1)制作溶質時，將乙基纖維素經過研磨后，與納米金剛石、納米石墨混合。?

(2)所述氫等離子體處理是借助壓縮空氣以0.50-0.70W/cm²將氫等離子體噴向熱燒結后的復合納米金剛石薄膜表面，保持時間為1.0-1.5分鐘。?

本發明在納米金剛石中引入納米石墨作為導電晶界，制備復合納米金剛石薄膜，提高了電子發射特性和電子發射效率；能夠采用絲網印刷法制備大面積均勻復合納米金剛石薄膜，成本低；同時，金剛石具有很好的化學穩定性，耐酸耐腐蝕。因此，采用本發明制備的復合納米金剛石薄膜電子發射陰極，能夠用于制作極地考察、航空航天等的惡劣工作環境的節能冷光源、顯示器、傳感器、半導體電子源。?