[发明专利]一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法

说明书

本发明属于真空微电子和显示技术领域，具体涉及一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法，包括以下步骤：S10，以氧化石墨烯粉末为原料，在单晶硅衬底上利用静电喷雾沉积技术沉积一层石墨烯薄膜；S20，在石墨烯薄膜表面利用频射磁控溅射技术溅射一层ZnO薄膜作为籽晶，以锌盐和六亚甲基四胺为原料，水热生长ZnO纳米针阵列，得到硅衬底上石墨烯/ZnO纳米针阵列复合材料；S30，利用静电喷雾沉积技术在ZnO表面沉积一层石墨烯，制得具有三明治结构的石墨烯/氧化锌/石墨烯复合阴极材料。本发明的制备工艺可操作性强，设备要求不高，成本较低，可进行大面积快速制备，有望与大规模生产工艺兼容，得到的场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料场发射开启场强较低且发射性能稳定。

技术领域

本发明属于真空微电子和显示技术领域，具体涉及一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法。

背景技术

在当今高速发展的信息时代，为提高电子设备的“便携性”，实现显示部件的平板化和小型化，发展冷阴极场发射技术较传统的热阴极射线管显示技术具有明显优势。冷阴极场发射显示器利用冷阴极发出的电子束打在荧光屏上引起发光来显示图像，在保持优良像质的同时避免了预热系统，具有低开启场强，低功耗、体积小、结构超薄化等特点。

冷阴极场发射最核心的技术是开发用于场发射的冷阴极材料。近十几年来，有多种材料被发现具有这种潜力，比如，早期的GaN和AlN，随后的碳纳米管(CNTs)，金刚石/类金刚石或ZnO，乃至最近出现的石墨烯等。其中，ZnO被普遍认为发光寿命最长，是目前唯一能够在上千小时内稳定工作在低压(<500V)中的冷阴极材料。另外，ZnO通过掺杂可以方便地改变材料功函数，以降低阈值场强的目的。近来的研究表明，针状纳米ZnO发射体的开启场强和阈值场强最小，且其定向排列比无序结构具有更优良的场发射性能，在一定范围内，阵列密度越大发射电流越大，但如果密度超过一定范围，针与针之间的屏蔽效应又会导致场增强因子减小。然而截止到目前，关于定向ZnO钠米针阵列的制备工艺在稳定性和可控性方面还不成熟，而且关于阵列密度与场发射增强因子之间的影响规律的认识还不充分。

石墨烯(Graphene，G)也具有场发射冷阴极材料所需要的很多独特的性质，比如很高的电子迁移率(室温下2，比如很高的电子迁移，是Si的100倍)、高电流密度耐性(2)、高电流密度耐性，是Cu的100倍)、高导热率(3-5高导热率(耐性(，与CNTs相当)以及超强的化学和机械强度(与金刚石相当)等，可望在高性能纳米电子器件、场发射材料等领域发挥重要作用。

为了充分发挥各自发射材料的优点，最近人们尝试将多种场发射材料进行复合以作为新型冷阴极发射体。ZnO/CNTs复合体的初步研究结果显示，某些场发射性能确实得到了一定改善。最近我国部分研究机构对ZnO纳米线或纳米棒与石墨烯的复合体在冷阴极场发射方面的研究也进行了初步尝试，并且证明比单一ZnO或石墨烯材料具有更低的开启场强。本发明提出的是制备一种石墨烯/ZnO纳米针阵列/石墨烯三明治结构的新型场发射体，利用工艺优化以获得一种具有大电流密度、低阈值场强，且寿命长、稳定性好的新型冷阴极场致发射材料。本发明的制备方法可操作性强，设备要求不高，成本较低，可进行大面积快速制备，具有较高的发射效率和发射强度，可为相关研究提供了一种新思路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明的一种场发射用石墨烯/氧化锌/石墨烯三明治结构的复合阴极材料的制备方法，包括以下步骤：

S10，以氧化石墨烯粉末为原料，在单晶硅衬底上利用静电喷雾沉积技术沉积一层石墨烯薄膜；