[发明专利]有机高分子共聚物铁电阴极发射体和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁电发射体和制作方法，尤其是涉及一种具有机械强度高，柔韧性好，绝缘性强，易于制成大面积的薄膜和不规则形状，同时还具有较强的铁电电子发射能力，并能作为电子源在真空微纳电子学领域有广阔应用前景的有机高分子共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体的制作方法。

背景技术

目前制作铁电阴极发射体的材料集中在无机铁电陶瓷材料上，如锆钛酸铅(PZT)和掺镧锆钛酸铅(PLZT)，钛酸钡(BaTiO)等。这些传统的无机陶瓷铁电阴极具有极强的铁电电子发射能力，可应用于加速器、平面显示、自由电子激光器、X-射线和微波源等领域。但是，由于制备条件和铁电陶瓷材料自身特点的限制，它们通常是块体材料或厚膜(范围在几十微米到几毫米)来制作铁电发射体，很难制备薄的、大面积的、多形状、轻便而且柔性的铁电发射体，从而限制了它们应用范围。

高分子共聚物(PVDF-TrFE)是目前公认的有机铁电聚合物材料，与通常的无机铁电陶瓷材料相比，此类材料具有机械强度高，柔韧性好，密度小，化学性质稳定，绝缘性能和常温下易于制成大面积的薄膜和不规则形状等优点，同时还具有铁电顺电相变特性、电致伸缩形变特性及高能电子束辐照改变机电性能，但是共聚物PVDF-TrFE由于其优异的铁电性而可能具有的铁电电子发射特性却一直被人们忽视。

与通常的铁电陶瓷材料相比，共聚物PVDF-TrFE在常温下更容易制备大面积、厚度可控的薄膜，同时由于其密度较小而更显轻便，因而在应用时可以减小电子器件的重量，即使这种高分子铁电材料的电子发射能力不如铁电陶瓷材料，但是在通常的应用上如真空显示器件上也有明显的优势，因为真空显示等器件并不需要太强的发射电流密度，同时由于它的柔性好和轻薄的特点还可以应用在曲面显示及微薄电子源器件上。因此，利用高分子共聚物PVDF-TrFE制作一种新型的轻薄有机铁电阴极发射体具有更广的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在衬底上沉积有机共聚物和电极制成的、具有不同形状的大面积、轻薄而且具有柔性的有机高分子共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体；该有机共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体，同时还具有较强的铁电电子发射能力，其密度较小而更显轻便，因而在应用时可以减小电子器件的重量，同时由于它的柔性好和轻薄的特点还可以应用在曲面显示及微薄电子源器件上。

本发明的目的还在于，提供一种制作有机共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体方法，该方法简单、成本低。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的有机共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体，包括衬底、底电极和顶电极；其特征在于，还包括一有机铁电共聚物PVDF-TrFE层，该层厚度在500纳米—10微米之间；所述的底电极为金属铝层，设置在所述的衬底上，所述的有机铁电共聚物PVDF-TrFE层设置底电极上，在该有机铁电共聚物PVDF-TrFE层上设置所述的顶电极，该顶电极为金属铝层。

在上述的技术方案中，为了提高共聚物PVDF-TrFE薄膜3和底电极2结合力，还包括在底电极2上旋涂上一化学增附剂薄膜(HMDS)层5，所述的化学增附剂薄膜层设置在底电极层上，该化学增附剂薄膜层为六甲基二硅胺烷(HMDS)，其实际上是一种增粘剂，经过烘烤后起到表面活性的作用从而提高金属电极层与共聚物薄膜的粘合性。

在上述的技术方案中，所述的衬底为石英片、硅、带SiO₂的硅片或金属片。

在上述的技术方案中，所述的底电极的厚度在150-300纳米。

在上述的技术方案中，所述的顶电极厚度为150-300纳米；并且顶电极层可以根据需要做成不同的形状，例如带有梳子形图案的顶电极层、圆环状或点阵状等。

在上述的技术方案中，所述的有机共聚物PVDF-TrFE层4由聚偏氟乙稀(PVDF)和三氟乙烯(TrFE)共聚组成，其摩尔含量比为75/25。

在上述的技术方案中，所述的有机共聚物PVDF-TrFE须溶解在二甲基甲酰胺(DFM)溶剂中，并配置成不同浓度的溶液，其浓度范围为3wt％—12wt％，此溶液用于旋涂方法制备有机共聚物PVDF-TrFE薄膜。

本发明提供的有机共聚物PVDF-TrFE铁电阴极发射体的制作方法，包括如下步骤：

1)取一衬底1，经超声清洗后烘干；

2)利用热蒸发方法在清洗好的衬底1上沉积底电极层2；