[發(fā)明專利]一種定向生長的網(wǎng)格狀高性能碳納米管場發(fā)射陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110224201.6
• 申請日: 2011-08-07
• 公開（公告）號: CN102324350A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張研;李馳
• 申請（專利權(quán)）人: 張研;李馳
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場發(fā)射元件及基制備方法，尤其是場發(fā)射陰極的制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管是目前場發(fā)射研究的主要材料之一，具有非常光明的前景，世界上各大科研機(jī)構(gòu)都在積極努力，以實現(xiàn)碳納米管在場發(fā)射器件中的實際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。在目前的碳納米管及其相關(guān)的研究領(lǐng)域中，新的結(jié)構(gòu)、材料和工藝方法依然在不斷的探索中。然而另一方面，已有的發(fā)射材料、器件結(jié)構(gòu)均已達(dá)到數(shù)十種之多。對于這些納米管材料冷陰極的工作機(jī)理的探索、對于已有器件結(jié)構(gòu)的潛在性能的充分發(fā)掘和利用，依然是非常重要的研究內(nèi)容。

?在大電流密度場發(fā)射器件（例如冷陰極X射線管和微波放大器）的制備中，對于碳納米管發(fā)射陰極陣列的分布均勻性和取向性要求較高，而定向碳納米管陣列陰極因取向性好，場發(fā)射性能優(yōu)異具有很大的應(yīng)用潛力。然而，對于碳納米管陣列的研究至今沒有使其得到廣泛的實際應(yīng)用，仍有許多不足之處需要探討和改進(jìn)，同時其電子發(fā)射能力與陣列結(jié)構(gòu)、種類、形貌等因素的關(guān)系仍需得到進(jìn)一步明確。

直接在襯底上生長的碳納米管薄膜陣列與襯底接觸牢固，易于獲得良好的取向性。通過光刻、蔭罩掩膜（Shadow?Mask）、電子束刻蝕等方法得到催化劑的圖形，再采用TCVD或者PECVD方法生長，碳納米管只在有催化劑的部位長出，可以得到非常整齊均勻的碳納米管陣列[44]。目前，由于成本較低，適用襯底范圍廣，因此多采用熱氣象化學(xué)沉積法制備定向碳納米管陣列。

然而，前期文獻(xiàn)報道的采用熱氣象化學(xué)沉積法制備的碳納米管陣列中圖案單元的的直徑大約在幾十微米左右。由于碳納米管陣列的場發(fā)射主要集中在邊緣，因此如果碳納米管陣列中，圖案單元的面積太大，就造成了面積的浪費。而如果將單元直徑減至幾微米，那么將造成碳納米管取向性極具惡化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種定向生長的網(wǎng)格狀高性能碳納米管場發(fā)射陣列。尤其是提高小尺寸碳納米管陣列的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及增強(qiáng)碳納米管陣列的邊緣效應(yīng)，并以此降低開啟電場和閾值電場，提高發(fā)射電流密度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種定向生長的網(wǎng)格狀高性能碳納米管場發(fā)射陣列，包括，導(dǎo)電基底、生長在基底上的網(wǎng)格狀定向碳納米管陣列。其特征為：碳納米管陣列成網(wǎng)格狀分布，是一個整體結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)電基底可以為重?fù)诫s的硅、覆蓋有金屬電極的玻璃基片、金屬基片等。

定向碳納米管陣列模板的生長方法可以為熱氣象化學(xué)沉積、等離子增強(qiáng)的氣象化學(xué)沉積等。

其網(wǎng)格形狀可以為正方形、圓形、六邊形等等。碳納米管陣列高度為100nm-2μm。

這種陣列的優(yōu)點是邊緣效應(yīng)更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、絕對垂直取向。

本發(fā)明的有益效果是：提高小尺寸碳納米管陣列的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及增強(qiáng)碳納米管陣列的邊緣效應(yīng)，并以此降低開啟電場和閾值電場，提高發(fā)射電流密度。適用于對電流發(fā)射性能要求較高的場發(fā)射器件，例如，X射線源、微波放大器、場發(fā)射掃描電子顯微鏡等中的電子源。

附圖說明

圖1為制備出的六邊形網(wǎng)格狀碳納米管陣列。?

圖2為制備出的正方形網(wǎng)格狀碳納米管陣列。

圖3為制備出的圓形網(wǎng)格狀碳納米管陣列。

具體實施方案

通過結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明的上述工作原理和優(yōu)點將變得更加清楚，如各附圖所示。

本發(fā)明的所描述的碳納米管陰極的結(jié)構(gòu)如圖1所示，碳納米管陣列具有一定的高度，且成網(wǎng)格狀分布，是一個整體。這種結(jié)構(gòu)相比離散的碳納米管陣列，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點，且更易實現(xiàn)較大的邊緣效應(yīng)。

下面對本發(fā)明的實施例做詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明所保護(hù)的范圍不限于下述的實施例。

實施例，高性能網(wǎng)格裝碳納米管陣列的制備過程如下：?

（1）首先，選用重?fù)诫s的硅片作為襯底，將硅片分別在丙酮（acetone）和異丙醇（IPA）中清洗兩分鐘，去除表面有機(jī)物和其他雜質(zhì)，烘烤至180℃保持兩分鐘以去除表面的水分。

（2）接著在表面旋涂（spin-coat）一層電子束光刻膠，在180℃溫度下堅膜90秒。

（3）將光刻膠光刻出網(wǎng)格狀的圖案，經(jīng)過顯影，就制備出了具有圖案的光刻膠掩膜。

（4）然后通過磁控濺射的方法在樣品的表面濺射催化劑薄膜，這里的催化劑是由兩層薄膜組成的，下面一層是Al薄膜，厚度10nm，上面是Fe薄膜，厚度1nm。