[發明專利]一種新型碳納米管場發射冷陰極及其制造方法

無效

• 申請號: 201110263734.5
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102324351A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 曾凡光;麻華麗;陳雷明;田碩;茹意;張天夏;喬淑珍;張銳
• 申請（專利權）人: 鄭州航空工業管理學院
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;馬柯柯

1.一種新型碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：包括帶有表面立體微結構陣列的硅基底，在硅基底之上制備的金屬功能層，以及在金屬功能層上面生長的碳納米管薄膜。

2.如權利要求1所述的碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：所述的硅基底表面的立體微結構為微型金字塔陣列。

3.如權利要求2所述的碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：所述的微型金字塔陣列中金字塔形表面微結構底邊的幾何尺度范圍為1~100微米，相鄰兩金字塔形表面微結構的對應相鄰底邊之間的間距范圍為0~100微米。

4.如權利要求1所述的碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：所述的硅基底表面的立體微結構為微型立方體陣列。

5.如權利要求4所述的碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：所述的微型立方體陣列中微型立方體表面微結構底邊的幾何尺度范圍為1~100微米，兩個相鄰微型立方體表面微結構的對應相鄰底邊之間的距離范圍為0.5~100微米。

6.如權利要求1至5任一項所述的碳納米管場發射冷陰極，其特征在于：所述的金屬功能層為單組份的金屬膜或多組份的復合金屬膜。

7.一種新型碳納米管場發射冷陰極的制造方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

1）硅基底清洗；

2）硅基底氧化，在硅基底的表面上形成氧化層；

3）光刻硅基底氧化層：先用勻膠機在硅基底的氧化層表面涂光刻膠，上烘膠臺軟烘，軟烘溫度范圍為85~120℃，軟烘時間范圍為30~60秒；軟烘后上光刻機，用事先制備好的光刻模板對準硅基底涂有光刻膠的氧化層表面進行曝光，之后，再次上烘膠臺進行后烘，后烘溫度為90~130℃，時間為1~2分鐘；然后，放入顯影液中顯影，得到所需圖形；之后，將顯影后的硅基底放到烘膠臺進行堅膜處理，一般的堅膜溫度為：正膠130℃，負膠150℃，堅膜時間為15分鐘；將經檢查后合格的硅基底放入40℃的BOE緩沖腐蝕液中對氧化層進行刻蝕，以把所有圖形窗口均刻透，一般3~5分鐘，得到所需圖形后，放入丙酮中超聲清洗10分鐘，去除光刻膠；

4）腐蝕硅基底：將步驟3）中光刻好的硅基底先置入無水酒精中超聲清洗5分鐘，再置入去離子水中超聲清洗5分鐘，然后置入40%的氫氧化鉀或40%的氧化鈉水溶液中，在該溶液90℃溫度下進行濕法腐蝕，直到在硅基底表面形成微型金字塔陣列，然后取出硅基底，將硅基底再放入去離子水中浸泡1分鐘后放入BOE腐蝕液中去除殘留的氧化層；

5）制備金屬功能層；

6）制備碳納米管薄膜，制備好后即完成制作。

8.如權利要求7所述的新型碳納米管場發射冷陰極的制造方法，其特征在于：步驟6）中制備碳納米管薄膜的具體步驟為：

將制備好金屬功能層的硅基底放入雙溫區生長爐中，將20~100毫克酞菁鐵放在第一溫區，第一溫區目標溫度設定在550~560℃，同時，將硅基底放在第二溫區，第二溫區目標溫度設定在850~950℃范圍內；生長過程為：當生長爐開始加熱時，生長爐中通保護氣予以保護，當第二溫區溫度升至800℃時，在保持保護氣的同時開始向生長爐中通還原氣體，并將第二溫區在850℃溫度下保持10分鐘，隨后第二溫區繼續升溫至目標溫度時，第一溫區的溫度達到目標溫度550~560℃，此時酞菁鐵開始升華，生長開始，生長過程持續5~10分鐘后結束，斷電降溫，切斷還原氣體，而持續通保護氣體；當第一溫區溫度降低至300℃時切斷保護氣，直到降至室溫時，打開雙溫區生長爐，取出樣品，完成制作。

9.一種碳納米管場發射冷陰極的制造方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

1）硅基底清洗；

2）光刻與刻蝕：先用勻膠機在硅基底表面涂光刻膠，上烘膠臺軟烘，軟烘溫度范圍為85~120℃，軟烘時間范圍為30~60秒；軟烘后上光刻機，用事先制備好的光刻模板對光刻膠進行曝光，之后，再次上烘膠臺進行后烘，后烘溫度為90~130℃，時間為1~2分鐘；然后，放入顯影液中顯影，得到所需圖形；之后，將顯影后的硅基底放到烘膠臺進行堅膜處理，一般的堅膜溫度為：正膠130℃，負膠150℃，堅膜時間為15分鐘；將經檢查后合格的硅基底放入干法刻蝕機進行刻蝕，在硅基底表面得到所需的立體微結構后，將硅基底放入去膠機去除光刻膠；

4）制備金屬功能層；

5）制備碳納米管薄膜，制備好后即完成制作。

10.如權利要求9所述的新型碳納米管場發射冷陰極的制造方法，其特征在于：步驟5）中制備碳納米管薄膜的具體步驟為：

將制備好金屬功能層的硅基底放入雙溫區生長爐中，將20~100毫克酞菁鐵放在第一溫區，第一溫區目標溫度設定在550~560℃范圍內，同時，將硅基底放在第二溫區，第二溫區目標溫度設定在850~950℃范圍內；生長過程為：當生長爐開始加熱時，向生長爐中通保護氣予以保護，當第二溫區溫度升至800℃時，在保持保護氣的同時向生長爐中通還原氣體，并將第二溫區在850℃溫度范圍內保持10分鐘，隨后第二溫區繼續升溫至目標溫度，第一溫區的溫度達到目標溫度550~560℃范圍內時，此時酞菁鐵開始升華，生長開始，生長過程持續5~10分鐘后結束，斷電降溫，切斷還原氣體，而持續通保護氣體；當第一溫區溫度降低至300℃時切斷保護氣，直到降至室溫時，打開雙溫區生長爐，取出樣品，完成制作。