[發明專利]一種157nm深紫外激光微加工制備場致發射陰極的方法

有效

• 申請號: 200910063190.0
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101604604A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 童杏林;姜德生;林凱
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王玉華

技術領域

本發明是關于一種場致發射顯示器(FED)陰極的制備方法，特別用于顯示器的陰極的發射。

背景技術

目前市場上主流的顯示器有陰極射線管顯示器、液晶顯示器、和等離子顯示器，而場致發射顯示器具有功耗低、亮度高、超薄等優點，由于兼具普通陰極射線管顯示器、液晶顯示器和其他平板顯示器的優點，因此成為研究的熱點。

FED(場發射顯示器)可像PDP(等離子體顯示器)一樣實現大面積顯示，其在發光效率、亮度、視角等方面與LCD(液晶顯示器)和PDP相比更具優勢。FED還具有分辨率高、色再現性好、對比度好、響應速度快、耐高低溫、抗振動沖擊、電磁輻射極微、易于實現數字化顯示等特點，因此受到了廣泛關注。而以場致發射冷陰極為基礎的真空微電子器件，因其具有電子傳輸速率高、功耗低、跨導高、電流密度大、工作電壓低、壽命長等優點，其性能的好壞直接決定了場致發射器件的總體性能。場致發射研究的重點是提高場致發射陰極的發射電流密度、發射穩定性和發射均勻性。所以研究、開發新型場發射陣列(FEA)陰極的制備工藝是改善場致發射陰極性能的重要途徑。

場致發射陣列尖錐的尺寸大小、高寬比、發射尖端的曲率半徑等是影響陰極的場致發射性能最關鍵的因素。現有的場發射陣列陰極尖錐的制備工藝中包括干或濕法腐蝕、鍍膜等加工過程，制備的微錐陣列的精度有限，且工藝過程復雜，周期太長，成本較高，發射體的電流密度和發射均勻性也不太理想，制約了該類顯示器的產業化進程。

另外，從現有可折疊的顯示器研究看，目前，主要集中在有機材料方面，如研究有機發光二極管(OLED)，已經取得了很好的進展，但是受有機材料本身性能的限制，該類顯示器也存在一些缺點：(1)易老化造成壽命短，通常只有5000小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命；(2)色差差；存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷濃郁的色彩。

提高微錐型場致發射陰極質量除發生材料外，主要應解決場致發射陣列尖錐的尺寸大小、高寬比、發射尖端的曲率半徑等影響陰極的場致發射性能的關鍵因素。現有的場發射陣列陰極尖錐的制備工藝中包括干或濕法腐蝕、鍍膜等加工過程，制備的微錐陣列的精度有限，且工藝過程復雜，周期太長，成本較高，發射體的電流密度和發射均勻性也不太理想。

為了得到較好微錐質量場致發射陰極，1997年11月東南大學學報第27卷第6期發表一篇題目為‘兩種場發射尖錐的制備工藝及電學特性分析’概論文中介紹了一種倒金字塔填充型尖錐的制備方法，該方法制備倒金字塔填充型襯底是采用EPW腐蝕液進行各向異性腐蝕。由于是采用化學溶液進行腐蝕，在腐蝕過程中腐蝕范圍和腐蝕程度不能準確的控制，并且該工藝過程復雜，質量難已保證，由于采用化學腐蝕方法，給環境造成一定的污染。與上述傳統的微加工技術相比，激光微加工技術具有非接觸、有選擇性加工、高重復率、尺寸與形狀的柔性直寫等特優點，其中激光微加工技術最大的特點是“直寫”加工，不但簡化了工藝，而且可實現微型機械的快速成型制造。此外，該技術沒有諸如腐蝕等方法帶來的環境污染問題，是一種“綠色制造”。

目前能夠用于精密加工的激光有兩種：一種是飛秒激光，由于飛秒激光，脈寬極短，所以峰值強度極高，加工熱損傷小。但飛秒激光的點光束聚焦加工在深度方向不能形成平整的加工效果，只適用于切割和鉆孔，所以飛秒激光在三維微結構的精密加工方面還存在一定的困難；另一種是157nm紫外準分子脈沖激光，他工作波長157nm，脈沖寬度ns級。深紫外激光加工材料產生的熱量很小，且激光作用時間短、熱擴散度低，也被認為是一種“冷”的激光加工手段。157nm深紫外激光的近場光束輪廓平滑，其能量沿長軸方向呈帽頂分布，沿短軸則接近高斯分布，且激光光束空間相干性低，可以被整形，因此可以通過刻有尖錐加工形狀的掩模板的多次曝光來實現復雜三維表面的加工，該優勢是飛秒激光微加工所不具備的。另外，該激光對加工材料的穿透深度極薄，有利于對材料進行逐層燒蝕剝離，提高被加工表面的光潔度，所以與其它激光相比，157nm脈沖激光是用于制造高質量的場致發射陣列尖錐較理想的光源。

發明內容

本發明的目的：提供一種精確制備場致發射陰極的157nm深紫外激光制備方法，研制出一種能夠較理想控制微錐的形狀、大小、尖度等場致發射陰極陣列的激光微加工工藝。