[发明专利]制备类金刚石碳膜(DLC)的方法、由此制备的DLC膜、该膜的用途、场致发射体阵列以及场致发射体阴极无效

专利信息
申请号: 96191316.9 申请日: 1996-11-02
公开(公告)号: CN1061387C 公开(公告)日: 2001-01-31
发明(设计)人: 张震;朴奎昶 申请(专利权)人: 奥里翁电气株式会社
主分类号: C23C16/26 分类号: C23C16/26
代理公司: 永新专利商标代理有限公司 代理人: 甘玲
地址: 韩国庆*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 制备 金刚石 dlc 方法 由此 用途 发射 阵列 以及 阴极
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种形成类金刚石碳(Diamond-Like Carbon,“DLC”)膜的方法,特别是基本不含氢的DLC膜,所述方法使用等离子体增强化学汽相沉积(“PECVD”)法,还涉及由此制得的DLC膜。本发明还涉及该DLC膜作为场致发射显示器(field emission display)的场致发射阴极的用途以及涉及涂有该DLC膜的场致发射体阵列(field emitter array)和包括该DLC膜的场致发射体阴极。

背景技术

一般来说,不含氢的DLC使人们更感兴趣,这是因为与含氢的DLC相比,不含氢的DLC具有更高的sp3成分,例如,参见V.S.Veerasamy等人,固体电子(Solid-State Elec.)37,319(1994);D.R.Mckenzie等人,固态薄膜(Thin SolidFilm)206,198(1991);以及K.K.Chan等人,固态薄膜212,232(1992)。具有负电子亲合力(“NEA”)特性的DLC膜在真空微电子学中的电子发射体领域具有很大的潜在应用价值,因此吸引人们对此进行了深入的研究,例如,参见M.W.Geis等人IEEE ED Lett.12,456(1991);N.S.Xu等人《电子通迅(Electron.Lett.)》29,1596(1993)。DLC膜作为发射材料之所以使人感兴趣是因为它具有独特的发射性能、低-场致冷发射和发射稳定性。另外,DLC膜优异的热传导性可以促进从该DLC膜涂覆的发射体获得高的最大电流。如同可从这些参考文献得知的,DLC膜一般地用作场致发射显示器(“FED”)的场致发射体材料。一般地,FED包括发射阴极和玻璃面板,所述玻璃面板在透明的导电氧化物上涂有荧光物质。在操作过程中,该面板保持在高正电压下。当一色素被选定,由冷阴极阵列发出的电子轰击相应的荧光物质单元,以与常规电视显像管相同的方式产生亮光。目前,金刚石、DLC以及晶态Si、金属如Mo是最常用的FED电极头(tip)材料。然而,使用金属或Si作电极头材料具有下列问题如低耐久性、高驱动电压,这是因为与DLC或金刚石相比具有高的逸出功。还有,电子和颗粒的分散使得难以保持低于10-7乇的高真空,并且使电极头氧化。DLC的化学惰性、硬度、以及特别是低的逸出功使其成为优异的用于FED的电子发射材料。

也广泛地讨论了通过将金刚石膜沉积在Si电极头、Mo电极头或W电极头上而得到的冷阴极电子发射体。用于电子发射所需的场强已降至小于3×104V/cm,这显著低于在常规金属电极头场致发射阵列(“FEA”)所需的场强(如>1×106V/cm)。

迄今为止,用PECVD法沉积的DLC膜具有较高的氢含量,一般高于20at%,参见A.Dekempeneer等人固体薄膜217,56(1992)。所含的氢降低了膜中的sp3成分,结果降低了膜的硬度。用过滤的真空弧沉积或离子束沉积可得到无氢DLC。例如参见S.Aisenberg等人《应用物理(Appl.Phys.)》42,2953(1971)。Mckenzie等人用过滤的真空弧沉积法沉积的无氢DLC具有大于85%sp3成分,参见Mckenzie等人物理评论通讯(Phys.Rev.Lett.)67,773(1991)。一般透过真空弧放电方法的特征在于以向碳离子施加磁场和电场通过放电而形成所述沉积碳离子。然而,用该方法不易得到大面积均匀沉积。

图1说明了用PECVD方法制造DLC层的现有技术方法。沉积等离子体包括甲烷(其它碳氢化物气体也可使用),在该方法中使用氢和氦。然而,在该方法中,在包含于沉积等离子体中的甲烷分解过程中形成含氢的基团,因此使所得样品不可避免地含氢。

发明的公开

因此,本发明的一个目的是提供一种在大面积内形成均匀的基本不含氢的DLC沉积膜的方法。

在本发明中,通过沉积-DLC薄层并随后将其表面暴露在蚀刻等离子体中从而形成基本不含氢的DLC层。这种方法在下文中称作叠层(layer-by-layer)沉积法。

根据本发明,首先将厚度为约1-100纳米的DLC层沉积在样品基底整个表面上。然后将所述的DLC层的表面暴露在蚀刻等离子体中,在后一步骤中,含在该基底中的氢通过化学退火(或蚀刻)而被去除。这就制得了基本无氢的DLC层。该DLC层的特性可以通过改变其在蚀刻等离子体中的暴露时间而方便地得到改变。

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