[发明专利]一种复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷光源、信息显示及半导体电子技术领域，特别涉及一种复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极的制备方法，该电子发射阴极可用于制作极地考察、航空航天等的恶劣工作环境的节能冷光源、显示器、传感器、半导体电子源。 

背景技术

金刚石晶体具有自然界已有物质中最高的硬度、它的莫氏硬度为10。金刚石的熔点为4000℃；它还具有很高的热导率，天然II类金刚石室温下的导热率为26W/(CM·K)，是铜的5倍。天然I类金刚石室温下的导热率为9W/(CM·K)，人造优质单晶金刚石室温下的导热率为18～20W/(CM·K)，一般有缺陷的人造单晶金刚石室温下的导热率为4.5～6.5W/(CM·K)，而一般的人造多晶金刚石室温下的导热率为4～10W/(CM·K)。金刚石禁带宽度数值为5.3～5.5eV，介电常数εr为5.58±0.03，天然金刚石的电阻率为1010Ω·CM，天然II类金刚石室温下的电阻率为1～108Ω·CM，其硼的受主能级位于价带之上约0.37eV，具有很高的饱和载流子速度。金刚石的击穿场强高达100×105V/cm。金刚石具有很好的化学稳定性，耐酸耐腐蚀。即使在高温下各种酸对金刚石几乎不起作用，空气中较大尺寸的金刚石晶体在600～700℃以下和金刚石微粉晶体在450～500℃以下均是很稳定的。虽然金刚石的功函数高达5.8eV，但是金刚石具有负的电子亲和势。宽禁带可降低产生电荷的数量，决定了金刚石器件具有微波特性，高击穿场强与高的热导率的结合，其功率承受能力大大提高，使金刚石成为需要快速热扩散的电子发射源的首选材料。因此，金刚石薄膜电子发射阴极具有广阔的应用前景，可用于制作节能冷光源、显示器、传感器、半导体电子源，能够适应于极地考察、航空航天等的恶劣工作环境。 

目前，制备金刚石薄膜的主流工艺方法，有化学气相沉积(MOCVD)，热丝法MPCVD法，射频放电法，等离子体炬法等，较之早期高温高压的爆炸法清洁可靠，并可沉积高质量的薄膜。金刚石薄膜的制备方法虽然有很多种，但是这些生长方法都不能得到大面积均匀的场发射性能很好金刚石薄膜。 

发明内容

本发明的目的一种复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极的制备方法，能够制备获得大面积均匀的复合纳米金刚石薄膜，扩展金刚石薄膜电子发射阴极的尺寸，同时制备的复合纳米金刚石薄膜阴极具有较高的电子发射效率、很好的散热稳定性和较长的使用寿命 

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。 

一种复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极的制备方法，其特证在于，包括以下步骤： 

a、分别研磨纳米金刚石和纳米石墨，散开其团聚体，然后将纳米石墨、纳米金刚石、乙基纤维素按重量比2∶6∶8的比例混合作为溶质； 

b、按重量比1∶3的比例将溶质加入松油醇溶剂中，超声分散7小时，再在390K下加热搅拌，再次过400目筛后，自然冷却至室温，得纳米金刚石浆料待用； 

c、选择350目的金属丝网，丝网印刷纳米金刚石浆料在导电衬底上，然后热烧结处理，所述导电衬底为不锈钢板； 

d、热烧结处理时，先升温至340K后保持15分钟，再升温至420K后保持110分钟，然后升温至580K后保持55分钟，最后自然冷却至室温，得烧结后复合纳米金刚石薄膜待用； 

e、将烧结后复合纳米金刚石薄膜表面进行氢等离子体处理； 

f、最后，在导电衬底上引出阴极电极，即得复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极。 

本发明的进一步改进和特点在于： 

(1)制作溶质时，将乙基纤维素经过研磨后，与纳米金刚石、纳米石墨混合。 

(2)所述氢等离子体处理是借助压缩空气以0.50-0.70W/cm²将氢等离子体喷向热烧结后的复合纳米金刚石薄膜表面，保持时间为1.0-1.5分钟。 

本发明在纳米金刚石中引入纳米石墨作为导电晶界，制备复合纳米金刚石薄膜，提高了电子发射特性和电子发射效率；能够采用丝网印刷法制备大面积均匀复合纳米金刚石薄膜，成本低；同时，金刚石具有很好的化学稳定性，耐酸耐腐蚀。因此，采用本发明制备的复合纳米金刚石薄膜电子发射阴极，能够用于制作极地考察、航空航天等的恶劣工作环境的节能冷光源、显示器、传感器、半导体电子源。