[发明专利]一种纳米材料-介质-纳米材料结构的电子发射源

说明书

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，涉及平板显示领域，特别涉及一种纳米材料-介质-纳米材料（NIN）结构的电子发射源。

背景技术

场发射显示器（Field emission display, FED）是一种新型平板显示器，是以平面场发射阵列阴极为电子源，荧光粉作为发光物质，用矩阵选址方式控制的真空显示器。相对其他种类的显示器，场致发射显示器将阴极射线管显示屏（CRT）的高清晰的图象质量，液晶显示屏（LCD）的薄度以及等离子体显示屏（PDP）的大面积性等优点集于一身。FED具有的优异性能有：体积小、重量轻、工作能耗低、使用寿命长、图像质量好、高亮度、高分辨率、全彩色、多灰度、高响应速度、没有视角的限制、工作温度范围比较宽、结构简单、无需加热灯丝，偏转线圈等零部件，工艺简单，可以实现低成本大规模的生产，图像灰度和动态范围丰富，不需要偏振光、无对人体有害的X射线辐射、抗磁场干扰、主动发光。但是FED是一种高真空器件，电子轰击荧光粉所放出的气体不仅会与发射体反应，而且会降低真空度，从而导致电子发射效率的下降。

场发射体阵列是真空微电子器件中最重要也是最难作的元件。根据阴极的材料和结构分为以下几大类：金属场致发射材料、硅场致发射材料，金刚石薄膜和类金刚石薄膜场致发射材料、GaAs和GaN场致发射材料、碳纳米管场致发射材料、表面传导型（SED）场致发射材料、弹道电子发射材料和氧化物场致发射材料等。金属场致发射材料目前存在的主要问题是阴极发射电流密度低和工作不稳定，为了能在很低的电压下获得足够大的电流，一般采用足够尖的微尖，这对制备工艺要求很高，成本也很高，所以在大屏幕显示方面，很少用此技术。硅场致发射材料由于硅本身的表面功函数高,而且其导电、导热性都较差，这必然导致硅尖锥阴极阵列发射阈值电压较高、散热性能较差，易受污染且发射电流不稳定等问题，目前有使用各向同性等离子蚀刻等方法来改善其特性，但效果还不佳。由金属-绝缘体-金属（MIM）和金属-绝缘体-半导体-金属(MISM)多层薄膜构成的场致发射器件能够在低真空下工作，且具有工作电压低，发射均匀性好和电子发射角小等特点，但其发射效率小，远低于实用化的要求，对介质层和金属层的材料要求苛刻。亲和势低的材料容易获得比较大的发射率，然而遂穿几率低，且容易造成介质层的击穿。

综上所述，有必要提供一种新型的场致发射电子源，能在低真空度下工作，具有较高的发射效率，满足高分辨显示的需要，实现在较低的驱动电压下工作。一维的纳米材料由于具有较大的长径比，小的尖端曲率半径，当在外加电场作用下，其尖端就会产生很强的局域电场，该局域电场可以使电子通过纳米材料的尖端遂穿到真空，产生场发射电流。而且容易实现大面积制备，可以作为电子源的理想材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米材料-介质-纳米材料（NIN）结构的电子发射源，该电子发射源不仅工艺简单，电子发射效率高，而且电子发射均匀，稳定、可靠，具有调制电压低的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的纳米材料-介质-纳米材料结构的电子发射源是在有机或无机材质的基板1表面和侧面上间隔并排设有数个横向条状的电子发射层2，在电子发射层2上设有介质传导层3，在介质传导层3上设有纳米材料的电子透射层4。采用纳米材料制作的电子发射层2，具有电极传导和发射电子的功能。

所述电子发射层2和电子透射层4是二维纳米材料或一维纳米材料；所述的一维纳米材料是纳米线、纳米管、纳米带，直径是1-200nm，长度是0.01-20μm。

所述电子发射层2的厚度是10～1000nm；电子透射层4的厚度是10～200nm；所述电子透射层纳米材料覆盖电子透射层表面面积的30～70％。

所述电子发射层2和电子透射层4是石墨烯，碳纳米管（CNT），氧化锌（ZnO），氧化锡（SnO₂），氧化镁（MgO），氧化铜（CuO），氧化钛（TiO₂），氧化锰(MnO₂)，氧化铁（Fe₂O₃），氧化钴（CoO），氧化镍（NiO），氧化银（Ag₂O），氧化钨（WO），氧化铅（PbO），氧化铋（Bi₂O₃）， 氮化铝（Al₂N₃）中的一种纳米材料或多种纳米材料构成的复合材料。

所述电子发射层2和电子透射层4的制备方法是原位生长法，溶胶-凝胶法，水热法，热蒸发法，化学气相沉积法，丝网印刷，旋涂法中的一种。