[發明專利]場發射陰極結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201010607382.6
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102074429A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 柳鵬;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種場發射陰極結構及其制備方法。

背景技術

1991年，日本NEC公司研究人員意外發現碳納米管，請參見：″Helical?microtubules?of?graphitic?carbon″，S.Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)，因為碳納米管的優異特性，其潛在的應用一直受到人們廣泛關注，尤其是在電子領域，由于碳納米管的直徑極小，大約幾納米至十幾納米，在較小的電場作用下就可以從其尖端發射電子，因而可用作場發射陰極。

近年來，人們在納米材料及其應用領域進行各種研究，尤其是對碳納米管的生長方法及其應用。例如，李康雨等人于2005年10月12日申請于2009年12月9日公告的公告號為CN100568436的中國專利揭示了一種碳納米管發射器件的制備方法，此發明利用PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)法在第一碳納米管表面生長出垂直第一碳納米管表面的第二碳納米管，其包括下列步驟：先在形成有催化劑材料層的第一基底上生長多個第一碳納米管，然后，從所述第一基底分離所述第一碳納米管并將分離的碳納米管浸入分散溶液，最后用所述分散溶液涂覆第二基底并且烘焙所述第二基底，使所述第一碳納米管固定于第二基底，然后從所述第一碳納米管表面的催化劑顆粒上生長第二碳納米管。所述第一碳納米管及第二碳納米管構成的結構可用于場發射陰極結構。

但是，通過上述方法制備的第一碳納米管及第二碳納米管構成的場發射陰極結構用于場發射時，由于第二碳納米管中的碳納米管的高度基本相同，因此相鄰的碳納米管之間存在電子屏蔽效應，使得電子發射主要集中于第二碳納米管的邊緣位置，從而產生邊緣增強效應，影響中間位置碳納米管的電子發射，導致第二碳納米管中電子發射的不均勻。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種電子發射比較均勻的場發射陰極結構。

一種場發射陰極結構，包括：一第一碳納米管結構及一第二碳納米管結構設置于所述第一碳納米管結構的表面，該第二碳納米管結構包括多個第二碳納米管，且所述第二碳納米管基本垂直于第一碳納米管結構表面排列，其中，所述第二碳納米管結構在遠離所述第一碳納米管結構表面的一端形成至少一尖端，所述第二碳納米管結構中的多個第二碳納米管的長度沿遠離所述尖端的頂端的方向逐漸縮短。

一種場發射陰極結構的制備方法，其包括以下步驟：提供一懸空設置的第一碳納米管結構；以所述懸空設置的第一碳納米管結構作為基底，通過化學氣相沉積法在所述第一碳納米管結構的表面生長第二碳納米管，形成第二碳納米管結構，其中，通過向所述第一碳納米管結構通入電流使所述第一碳納米管結構的溫度升高達到第二碳納米管的生長溫度；通電一段時間后，停止通電并停止通入氣體，得到所述場發射陰極結構。

相較于現有技術，所述場發射陰極結構中所述第二碳納米管結構具有一尖端，從而減小了碳納米管之間的屏蔽效應，并使電子發射集中于尖端處的碳納米管，因此可以減小第二碳納米管結構中的邊緣增強效應，提高電子發射密度的均勻性，并且制備方法簡單易行，適合在工業上批量生長。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例提供的場發射陰極結構的結構示意圖。

圖2為圖1所示的場發射陰極結構沿II-II方向的剖面圖。

圖3為本發明第一實施例提供的場發射陰極結構中第一碳納米管結構的掃描電鏡照片。

圖4為本發明第一實施例提供的場發射陰極結構中第一碳納米管結構懸空設置在基底表面的結構示意圖。

圖5為本發明第一實施例提供的場發射陰極結構的制備方法的流程圖。

圖6為本發明第一實施例提供的場發射陰極結構的制備裝置的示意圖。

圖7為本發明第二實施例提供的場發射陰極結構的結構示意圖。

圖8為圖7所示的場發射陰極結構沿VIII-VIII方向的剖面圖。

圖9A、圖9B為本發明第二實施例提供的場發射陰極結構中第一碳納米管結構為圖案化的結構示意圖。

圖10為本發明第二實施例提供的場發射陰極結構中第一碳納米管結構懸空設置在基底表面的結構示意圖。

圖11為本發明第二實施例提供的場發射陰極結構的制備裝置示意圖。

主要元件符號說明

場發射陰極結構??????200，300

第一碳納米管結構????212，312

第一碳納米管????????212a，312a

催化劑顆粒??????????213

第二碳納米管結構????214，314