[發明專利]一種場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710116167.8
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106847648B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 楊璞;武軍;張慶澤;鄭昌壘;宋開新;徐軍明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 劉芬豪

本發明屬于真空微電子和顯示技術領域，具體涉及一種場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料的制備方法，包括以下步驟：S10，以氧化石墨烯粉末為原料，在單晶硅襯底上利用靜電噴霧沉積技術沉積一層石墨烯薄膜；S20，在石墨烯薄膜表面利用頻射磁控濺射技術濺射一層ZnO薄膜作為籽晶，以鋅鹽和六亞甲基四胺為原料，水熱生長ZnO納米針陣列，得到硅襯底上石墨烯/ZnO納米針陣列復合材料；S30，利用靜電噴霧沉積技術在ZnO表面沉積一層石墨烯，制得具有三明治結構的石墨烯/氧化鋅/石墨烯復合陰極材料。本發明的制備工藝可操作性強，設備要求不高，成本較低，可進行大面積快速制備，有望與大規模生產工藝兼容，得到的場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料場發射開啟場強較低且發射性能穩定。

技術領域

本發明屬于真空微電子和顯示技術領域，具體涉及一種場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料的制備方法。

背景技術

在當今高速發展的信息時代，為提高電子設備的“便攜性”，實現顯示部件的平板化和小型化，發展冷陰極場發射技術較傳統的熱陰極射線管顯示技術具有明顯優勢。冷陰極場發射顯示器利用冷陰極發出的電子束打在熒光屏上引起發光來顯示圖像，在保持優良像質的同時避免了預熱系統，具有低開啟場強，低功耗、體積小、結構超薄化等特點。

冷陰極場發射最核心的技術是開發用于場發射的冷陰極材料。近十幾年來，有多種材料被發現具有這種潛力，比如，早期的GaN和AlN，隨后的碳納米管(CNTs)，金剛石/類金剛石或ZnO，乃至最近出現的石墨烯等。其中，ZnO被普遍認為發光壽命最長，是目前唯一能夠在上千小時內穩定工作在低壓(<500V)中的冷陰極材料。另外，ZnO通過摻雜可以方便地改變材料功函數，以降低閾值場強的目的。近來的研究表明，針狀納米ZnO發射體的開啟場強和閾值場強最小，且其定向排列比無序結構具有更優良的場發射性能，在一定范圍內，陣列密度越大發射電流越大，但如果密度超過一定范圍，針與針之間的屏蔽效應又會導致場增強因子減小。然而截止到目前，關于定向ZnO鈉米針陣列的制備工藝在穩定性和可控性方面還不成熟，而且關于陣列密度與場發射增強因子之間的影響規律的認識還不充分。

石墨烯(Graphene，G)也具有場發射冷陰極材料所需要的很多獨特的性質，比如很高的電子遷移率(室溫下2，比如很高的電子遷移，是Si的100倍)、高電流密度耐性(2)、高電流密度耐性，是Cu的100倍)、高導熱率(3-5高導熱率(耐性(，與CNTs相當)以及超強的化學和機械強度(與金剛石相當)等，可望在高性能納米電子器件、場發射材料等領域發揮重要作用。

為了充分發揮各自發射材料的優點，最近人們嘗試將多種場發射材料進行復合以作為新型冷陰極發射體。ZnO/CNTs復合體的初步研究結果顯示，某些場發射性能確實得到了一定改善。最近我國部分研究機構對ZnO納米線或納米棒與石墨烯的復合體在冷陰極場發射方面的研究也進行了初步嘗試，并且證明比單一ZnO或石墨烯材料具有更低的開啟場強。本發明提出的是制備一種石墨烯/ZnO納米針陣列/石墨烯三明治結構的新型場發射體，利用工藝優化以獲得一種具有大電流密度、低閾值場強，且壽命長、穩定性好的新型冷陰極場致發射材料。本發明的制備方法可操作性強，設備要求不高，成本較低，可進行大面積快速制備，具有較高的發射效率和發射強度，可為相關研究提供了一種新思路。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

本發明的一種場發射用石墨烯/氧化鋅/石墨烯三明治結構的復合陰極材料的制備方法，包括以下步驟：

S10，以氧化石墨烯粉末為原料，在單晶硅襯底上利用靜電噴霧沉積技術沉積一層石墨烯薄膜；