[發明專利]一種改善大面積碳納米管陰極場發射均勻性的后處理方法

有效

• 申請號: 201110104930.8
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN102231351A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 許寧生;張宇;鄧少芝;陳軍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 華輝

技術領域

本發明涉及一種改善碳納米管陰極場發射均勻性的后處理方法。

背景技術

碳納米管是一種優異的場發射材料，具有開啟電場低、電流密度大和電流穩定性高等特點。有可能作為冷陰極電子源應用于場發射顯示器和平面光源等器件，在顯示發光產業應用方面具有重要的發展前景。現階段基于碳納米管冷陰極的場發射顯示器和平面光源已經有樣機面世，但是工業化量產進展緩慢，研究工作中仍存在一些未解決的技術問題。其中，大面積碳納米管薄膜的場發射址分布均勻性不佳是限制其應用的一個主要問題。在現有的大面積碳納米管薄膜的制備技術下，碳納米管的電學性質(包括導電率、接觸電阻和類型)和碳納米管薄膜的高度無法精確控制，這些因素綜合影響大面積碳納米管薄膜的場發射均勻性。在場發射過程中，高度高、電學性質高的碳納米管能夠在較低的開啟電場下首先發射電子，并占據了大部分的場發射電流，而高度低、電學性質低的碳納米管在較低的開啟電場下無法發射電子或者發射電子較少，從而出現部分區域出現場發射址、部分區域沒有場發射址；部分區域場發射址亮度高，部分區域場發射址亮度低的情況。在這些情況下場發射址分布均勻性難以控制。因此，需要開發后處理技術改善碳納米管材料的場發射址分布均勻性。

后處理技術的基本原理是：選擇性去除電學性能高出平均水平的碳納米管和去除高出平均高度的碳納米管，使薄膜表面的碳納米管電學性能和高度趨于一致，從而使絕大多數的碳納米管能夠參與場發射過程。正在開發的后處理技術包括大電流轟擊、等離子體轟擊和激光燒蝕等多種手段，但是他們的缺點是在去除較高的碳納米管的同時也會破壞其他的碳納米管，無法選擇性地去除高于表面的碳納米管；處理大面積的樣品時需要的功率大和速度慢；處理過程和測試過程分開進行，效率低下。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種改善碳納米管陰極場發射均勻性的后處理方法。

所述后處理方法的原理為：碳納米管陰極在高真空環境下進行場發射過程中，陰極中性能不均，如導電率或高度高于平均的部分碳納米管將首先發射電子，末端溫度較高，通入微量氧氣氣氛可使性能不均的碳納米管加速燒除，提高場發射均勻性。本發明提供的后處理方法設備簡易，工藝簡單，快速有效且選擇性高，適用于大面積碳納米管材料的處理，并可原位實時觀察處理前后的均勻性情況及后處理效果。

一種改善碳納米管陰極場發射均勻性的后處理方法，包括如下步驟：

(1)將碳納米管陰極固定安裝在陰極安裝架上，與一陽極板相對平行隔開并固定，陽極板與安裝了陰極的陰極安裝架共同構成場發射裝置；

(2)將步驟1中固定好的場發射裝置放入一設有進氣閥和排氣閥的真空腔內，抽真空；一電源向陽極板施加正電壓，陰極施加負電壓或接地，使陰極產生場發射電流，通過一攝像機與一監視屏觀測該陰極在陽極板形成的初始場發射像和場發射特性；

(3)打開進氣閥往真空腔內通入氧氣，陰極中由于性能不均而首先發射電子的部分碳納米管在氧氣氛中加速燒除，場發射均勻性提高；

(4)關閉進氣閥停止向真空腔內通入氧氣，重新抽真空，觀察經步驟3處理后陰極的場發射像和場發射特性。

上述后處理方法采用的主要處理裝置包括：一用于固定安裝陰極的陰極安裝架、一陽極板以及一帶有進氣閥和排氣閥的真空腔。

該陰極安裝架可更換安裝不同的陰極。

所述作為陰極的材料除碳納米管外，還可以是硅納米線，氧化鋅納米線，氧化銅納米線，氧化鎢納米線等其他一維納米材料。陰極形狀可為點陣、線性或薄膜。

所述陽極板為二氧化銦(ITO)平板導電玻璃；也可以是熒光屏或金屬板。

所述陰極與陽極板互相平行，二者間相隔一段距離并分別固定，間隔距離在10μm～1cm范圍內可調。

通入真空腔的氣體除氧氣外，還可以是氫氣、氬氣或氮氣。

本發明提供的后處理方法場發射的圖像經攝像機攝像和監視屏顯像后可通過本技術領域常用的圖像分析軟件(如Photoshop或SimplePCI)統計圖像中的發射點的數目、亮度、面積和位置，再通過本技術領域常用方法計算均勻性參數U，如九區分塊法：將場發射圖像平均分成九區，分別計算每區的發射點的數目、亮度和面積，再通過均勻性公式：