[發(fā)明專利]一種松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110366419.5
• 申請(qǐng)日: 2011-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103117199A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永剛;孔令民;王世來(lái);黃文君;姚建明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江海洋學(xué)院
• 主分類號(hào): H01J9/02
• 分類號(hào): H01J9/02;H01J1/304;B81C1/00;C23C14/24;C23C14/08
• 代理公司: 寧波誠(chéng)源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛(wèi);毛大林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場(chǎng)發(fā)射陰極技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極制備方法。

背景技術(shù)

場(chǎng)發(fā)射是用外來(lái)電場(chǎng)抑制物體表面勢(shì)壘，使勢(shì)壘高度降低和寬度變窄，電子可以通過(guò)量子隧穿從發(fā)射體直接發(fā)射至真空中。場(chǎng)發(fā)射技術(shù)在發(fā)射平板顯示器，電子源等真空電子器件中有著重要的應(yīng)用。納米線、納米管和納米帶等一維納米材料因?yàn)槠渚哂蟹浅８叩拈L(zhǎng)徑比，作為場(chǎng)發(fā)射電極的陰極材料已獲得了廣泛的研究。在施加外加場(chǎng)強(qiáng)的情況下，尖端發(fā)射體的頂部場(chǎng)強(qiáng)要比平均場(chǎng)強(qiáng)大得多，這種效應(yīng)稱之為場(chǎng)強(qiáng)的增強(qiáng)作用，其效果用場(chǎng)增強(qiáng)因子β來(lái)表示。為了在相對(duì)底得電壓下獲得較高的場(chǎng)發(fā)射電流，材料必須具有較大的場(chǎng)增強(qiáng)因子。對(duì)于單根場(chǎng)發(fā)射體來(lái)講，其場(chǎng)增強(qiáng)因子β₀可以近似用以下公式來(lái)表示：

β₀＝1.2(1/r+2.15)^0.9

其中1為場(chǎng)發(fā)射體得長(zhǎng)度，r為場(chǎng)發(fā)射尖端半徑。場(chǎng)發(fā)射陣列的場(chǎng)增強(qiáng)因子取決于陰極發(fā)射材料本身的結(jié)構(gòu)，以及材料之間的排列等多種因素。而當(dāng)眾多發(fā)射體排列成陣列時(shí)，場(chǎng)增強(qiáng)因子會(huì)更因?yàn)榘l(fā)射體之間的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)變得更加復(fù)雜。如果材料具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，每一級(jí)結(jié)構(gòu)都處在上一級(jí)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的電場(chǎng)下，總的場(chǎng)增強(qiáng)因子是各級(jí)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)增強(qiáng)因子的乘數(shù)關(guān)系，這種結(jié)構(gòu)可以獲得極大場(chǎng)增強(qiáng)因子，大大提高場(chǎng)發(fā)射電流的效率。因此設(shè)計(jì)場(chǎng)發(fā)射體的結(jié)構(gòu)構(gòu)型是增加發(fā)射體場(chǎng)增強(qiáng)因子的一個(gè)可行辦法。但是，制備這種結(jié)構(gòu)需要在納米尺度上對(duì)材料進(jìn)行精確控制，目前仍是研究的一個(gè)難點(diǎn)。

例如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410009510.1的《基于納米碳管的場(chǎng)發(fā)射陰極及其制備方法》披露了一種這樣的場(chǎng)發(fā)射陰極及相應(yīng)的制備方法：一種基于納米碳管的場(chǎng)發(fā)射陰極，其特征在于，所述納米碳管以平躺的方式排布于所述場(chǎng)發(fā)射陰極極板上。一種權(quán)利要求2中的場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于將預(yù)先制備好的有填充的納米碳管平躺地組裝在極板上，包括以下步驟：(1)將所述納米碳管放在酒精或其他溶劑中，攪拌分散或者超聲輔助分散，制成溶液；(2)將步驟(1)中的溶液直接滴到所述陰極極板上或者采用旋轉(zhuǎn)鍍膜法滴到所述陰極極板上；(3)將所述滴有納米碳管溶液的陰極極板自然晾干即可。該場(chǎng)發(fā)射陰極及相應(yīng)的制備方法就存在上述的問(wèn)題，因此需要作進(jìn)一步地改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：針對(duì)上述存在的問(wèn)題提供一種能夠制備上述具有電場(chǎng)產(chǎn)生多級(jí)放大作用、增加場(chǎng)發(fā)射電流密度、場(chǎng)增強(qiáng)因子高等優(yōu)點(diǎn)的松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極的制備方法。

本發(fā)明要解決的另一問(wèn)題是：提供一種在納米尺度上對(duì)材料進(jìn)行精確控制的松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極制備方法

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟①：在抽真空的封閉環(huán)境下，加熱蒸發(fā)鉬粉；

步驟②：冷卻，并在一懸置在鉬粉上方的硅片襯底表面沉積形成二氧化鉬納米陣列。

進(jìn)一步地，在步驟①中，鉬粉被放置于一鎢舟內(nèi)，通過(guò)對(duì)鎢舟通電加熱蒸發(fā)鉬粉，從而利用鎢舟能夠較為簡(jiǎn)單地通電加熱蒸發(fā)鉬粉。

優(yōu)選地，在步驟①中，對(duì)鎢舟通電加熱鉬粉至1000至1400℃，從而使鉬粉能夠充分加熱蒸發(fā)，并與空氣中殘留的氧進(jìn)行反應(yīng)。

優(yōu)選地，抽真空的封閉環(huán)境的壓強(qiáng)在8×10^-4Pa至1×10^-3Pa，從而既保證了形成二氧化鉬的純度，又保證能使殘留的氧與蒸發(fā)的鉬原子進(jìn)行反應(yīng)。

優(yōu)選地，所述硅片懸置于鉬粉上方距離鉬粉3至10mm處；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硅片懸置于鉬粉上方距離鉬粉5mm處，從而使二氧化鉬能夠在硅襯底表面進(jìn)行沉積，形成二氧化鉬納米陣列。

優(yōu)選地，在步驟②中，在常溫下冷卻時(shí)間在三小時(shí)以上，使得在整個(gè)制備過(guò)程中，氧與蒸發(fā)的鉬原子進(jìn)行反應(yīng)、二氧化鉬能夠在硅襯底表面進(jìn)行沉積、冷卻都具有充分的時(shí)間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生多級(jí)放大作用，并增加場(chǎng)發(fā)射電流密度，在電流密度達(dá)到10μA/cm²時(shí)的開(kāi)啟場(chǎng)強(qiáng)為2.39V/μm，其場(chǎng)增強(qiáng)因子高達(dá)3590。本發(fā)明提供的松樹(shù)狀納米陣列場(chǎng)發(fā)射陰極制備方法以鉬粉為原料，通過(guò)在真空條件下使用鎢舟對(duì)鉬粉進(jìn)行熱蒸發(fā)，被蒸發(fā)的鉬原子與真空中殘余的氧反應(yīng)，并在硅襯底表面進(jìn)行沉積，從而實(shí)現(xiàn)在納米尺度上對(duì)材料進(jìn)行精確控制，進(jìn)而生長(zhǎng)出多級(jí)結(jié)構(gòu)的二氧化鉬納米陣列，所得納米陣列可作為場(chǎng)發(fā)射顯示器陰極發(fā)射體以及其它器件中的電子發(fā)射體。

附圖說(shuō)明