[发明专利]一种场发射阴极的处理方法

说明书

技术领域

本发明属于FED领域，特别涉及一种对丝网印刷的多壁碳纳米管(MWCNTs)薄膜表面进行改性的方法。

背景技术

FED显示器件面临的主要困难除了真空封装等问题外，均来自于阴极制作工艺。控制场发射的均匀性和稳定性、降低驱动电路成本等难点都直接受FED阴极材料和结构的制约。Spindt型器件要求在一个像素点大小范围内制作成百上千的“尖锥加圆孔”阴极阵列。这使光刻工艺和薄膜制备十分复杂，制作成本也非常昂贵。阴极制作工艺的难题也造成了尖锥阵列形状的均匀性较差，器件整体稳定性不理想，导致Spindt型FED的进一步发展非常困难。

CNTs薄膜阴极虽然拥有比金属、硅尖阵列、类金刚石薄膜更为优秀的场发射特性，但是目前发展的阴极加工方法和工艺，却都存在着一定缺陷，发射均匀性、场屏蔽效应等问题没有得到很好解决。难以真正开发和生产出大规模实用CNTs-FED器件。CNTs场发射阴极制备工艺主要有直接生长和移植两种方法。直接生长法制备定向碳纳米管薄膜场发射性能相当出色，但是工艺复杂，成本较高，不易产业化。在移植方法中，丝网印刷或涂敷法制备无序CNTs薄膜，工艺简单且成本较低，适合制作大面积FED显示器阴极和大规模工业应用。但是制作的CNTs相互缠结，表面被制浆材料包围，尖端不突出，烧结后残留的有机物仍严重影响CNTs薄膜的场发射性能。为解决这些问题，人们尝试过等离子体轰击、离子束照射、胶带粘贴]、机械摩擦和软胶辊碾压等方法对丝网印刷的FED阴极进行处理，但由于薄膜受到损害，或者不易精确控制处理过程和效果等问题，导致场发射性能的改善也受到一定限制。

丝网印刷法(或涂敷法)制备碳管薄膜FED阴极的方法具有良好的实际应用前景，但场发射性能却差强人意(主要表现在开启电压、发射电流和发射稳定性等方面)。

发明内容

本发明提供一种对丝网印刷的多壁碳纳米管(MWCNTs)薄膜表面进行改性的方法，包括：

将硅片裁成20mm×20mm基片，清洗干净；

化学气相沉积法制备MWCNT；

取纯化后的MWCNT粉末在无水乙醇中用超声波分散，室温下自然晾干并充分研磨，再与有机载体混合搅拌1～2小时后作为阴极浆料；

在玻璃基板上印制一层60rnm×25mm面积的银浆薄膜电极；

银浆尚未干燥时，及时用涂敷法在其表面制备10nunx10mm的MWCNTs薄膜，并用机械压力反复压制；

晾干后刷掉表面粘接不牢靠的多余碳管，并对制好的试样进行高温烧结；

待炉温自然冷却后，在样品上焊接四根导线，并通过磁控溅射仪上预留的电极接口引出溅射室；

样品作为磁控溅射的基片，用直流溅射方式在其表面上溅射不同厚度的超薄纳米纯锆膜。

为了在镀Zr的过程中能够实时监控样品电阻的变化，安放基片时一定要注意保持电极与磁控溅射仪之间的绝缘性。

附图说明

图1.溅射Zr膜后MWCNTs样品表面SEM照片

图2.溅射Zr膜后MWCNTs样品场发射V-I曲线

具体实施方式

本发明提供一种对丝网印刷的多壁碳纳米管(MWCNTs)薄膜表面进行改性的方法，包括：将硅片裁成20mm×20mm基片，清洗干净；化学气相沉积法制备MWCNT；取纯化后的MWCNT粉末在无水乙醇中用超声波分散，室温下自然晾干并充分研磨，再与有机载体混合搅拌1～2小时后作为阴极浆料；在玻璃基板上印制一层60rnm×25mm面积的银浆薄膜电极；银浆尚未干燥时，及时用涂敷法在其表面制备10nunx10mm的MWCNTs薄膜，并用机械压力反复压制；晾干后刷掉表面粘接不牢靠的多余碳管，并对制好的试样进行高温烧结；待炉温自然冷却后，在样品上焊接四根导线，并通过磁控溅射仪上预留的电极接口引出溅射室；样品作为磁控溅射的基片，用直流溅射方式在其表面上溅射不同厚度的超薄纳米纯锆膜。

为了在镀Zr的过程中能够实时监控样品电阻的变化，安放基片时一定要注意保持电极与磁控溅射仪之间的绝缘性。

图1是溅射Zr膜后MWCNTs样品表面SEM照片(仪器型号：JSM-6700F，日本电子株式会社)。溅射时间分别为205和605(反映不同的Zr厚度)。其中，(a)和(b)是溅射205的同一样品不同位置和放大倍数的图片，(c)和(d)是溅射605的同一样品。可以看到，溅射205后，碳管表面覆有颗粒状Zr团簇，碳管形态比较清晰完整，溅射605后样品表面已经被Zr膜包裹但是碳管的尖端仍能分辨。

图2是Zr-MWCNTs样品的场发射特性(V-I)曲线。根据实验数据，虽然纯碳管样品首先测到发射电流，但电流却增加的比较慢，开启电压反而大于溅射了Zr的样品(溅射205和605后开启电压分别降低10.9%和5.2%)。这是由于涂敷法制备的纯MWCNTs样品会有个别特别突出的发射点优先发射，而Zr-MWCNTs样品由于Zr结合或吸附改善了样品的导电性，虽然起始发射较晚，但当电压超过开启电压后，发射电流急剧上升，而纯碳管样品发射电流却增加较慢。1800V产生的发射电流出现了数量级差异(三组电流值分别为:274μA、140μA和13μA)，Zr-MWCNTs样品的场发射性能明显得到了改善。根据图2的F-N线性拟合曲线可以看出，Zr-MWCNTs样品之间F-N拟合直线的斜率变化不大，但却均比纯碳管要小。发射电流的稳定性得到了显著提升。