[發明專利]場發射電子源

有效

• 申請號: 201110325622.8
• 申請日: 2008-03-19
• 公開（公告）號: CN102394204A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 魏洋;劉亮;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
• 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電子源，尤其涉及一種基于碳納米管的場發射電子源。

背景技術

場發射電子源在低溫或者室溫下工作，與電真空器件中的熱發射電子源相比具有能耗低、響應速度快以及低放電等優點，因此用場發射電子源替代電真空器件中的熱發射電子源成為了人們研究的一個熱點。

碳納米管(Carbon?Nanotube,?CNT)是一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima在1991年發現，請參見Helical?Microtubules?of?Graphitic?Carbon,?S.?Iijima,?Nature,?vol.354,?p56?(1991)。碳納米管具有極優異的導電性能、良好的化學穩定性和大的長徑比，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集中)，因而碳納米管在場發射真空電子源領域具有潛在的應用前景。目前的研究表明，碳納米管是已知的最好的場發射材料之一，它的尖端尺寸只有幾納米至幾十納米，具有低的開啟電壓，可傳輸極大的電流密度，并且電流穩定，使用壽命長。因而碳納米管是一種極佳的點電子源，可應用在電子發射顯示器、掃描電子顯微鏡(Scanning?Electron?Microscope)、透射電子顯微鏡(Transmission?Electron?Microscope)等設備的電子發射部件中。

現有的碳納米管場發射電子源一般包括一導電基體和一根碳納米管，該碳納米管的一端作為場發射尖端，碳納米管的另一端與該導電基體電聯接，請參見Growth?of?single-walled?Carbon?nanotubes?on?the?given?Locations?for?AFM?Tips,?Wang?Rui?,?Acta?Physico-Chimica?Sinica,?vol.23,?p565?(2007)。

但是，由于單根碳納米管尺寸較小，在將單根的碳納米管與導電基體電連接的過程中往往需要昂貴的設備原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的輔助，使得這種將單根碳納米管與導電基體電聯接所形成的場發射電子源的制備過程操作復雜，成本較高。這種由單根碳納米管與基體電連接所組成的場發射電子源的結構，由于單根碳納米管的尺寸較小，其與基體接觸面積較小，導致碳納米管與基體之間的結合力較小，容易脫落，難以承受較大的電場力，使這種場發射電子源的壽命較短。同樣由于單根碳納米管與導電基體的接觸面積較小，碳納米管在形成場發射電流時所產生的熱量不易傳播出去，這種場發射電子源所能承受的場發射電流較小。而且由于這種場發射電子源的制備過程操作復雜，成本較高，導致這種場發射電子源的成本較高。

因此，確有必要提供一種場發射電子源，該場發射電子源場發射性能好，可承受較大的電場力，壽命較長，且可承載較大的場發射電流。

發明內容

一種場發射電子源，其包括一導電基體，該場發射電子源進一步包括一碳納米管針尖，該碳納米管針尖為一碳納米管束狀結構，該碳納米管束狀結構包括多個沿碳納米管針尖軸向定向延伸且首尾相連的碳納米管，該碳納米管針尖具有一第一端以及與第一端相對的第二端，該碳納米管針尖的第一端與該導電基體電連接，該碳納米管針尖的第二端的頂部為一根突出的碳納米管。

與現有技術相比較，該場發射電子源具有以下優點：其一，采用的碳納米管針尖為由多個碳納米管通過范德華力連接組成的一碳納米管束狀結構，其尖端只有一根碳納米管，尖端處的碳納米管被其他周圍的碳納米管通過范德華力牢牢固定，因此尖端的碳納米管可以承受較大的電場力；其二，由于作為場發射尖端的碳納米管通過碳納米管束狀結構與導電基體相連，碳納米管針尖與導電基體的基礎面積較大，因此場發射電流加熱產生的熱量也可以及時有效的通過其周圍的碳納米管傳導出去，故該場發射電子源可以承載較大的場發射電流。

附圖說明

圖1是本技術方案實施例的場發射電子源的結構示意圖。

圖2是圖1中碳納米管針尖的結構示意圖。

圖3是本技術方案實施例的碳納米管針尖的掃描電鏡照片。

圖4是本技術方案實施例的碳納米管針尖的透射電鏡照片。

圖5是本技術方案實施例的場發射電子源的制備方法的流程圖。

圖6是本技術方案實施例的碳納米管薄膜經有機溶劑處理后的照片。

圖7是本技術方案實施例的碳納米管線通電流加熱裝置示意圖。

圖8是本技術方案實施例的碳納米管線的示意圖。

圖9是本技術方案實施例的碳納米管線碳納米管線熔斷后的示意圖。