[发明专利]用于场发射器件的碳薄膜

说明书

本发明一般地涉及场发射器件，更具体地涉及具有一定特性的场发射碳膜。

场发射器件在要求更简单更高效的场发射系统如平板显示或其它类型的显示系统中应用前景广阔。采用扁平阴极的场发射器件优于需要微触点型结构的阴极。因此，在该领域需要一种可在这种扁平阴极上实际应用的更好的更有效的场发射材料。

本发明提供一种用于制造扁平阴极的场发射薄膜，该薄膜具有一定的物理特性。采用244纳米(nm)和2～7毫瓦(mW)的激发源，在1100～1850cm^-1的波数范围内，该碳膜在1578～1620cm^-1的区域内有明显的紫外(UV)喇曼带(Raman band)，且在其最大高度的1/2处的全宽度(FWHM)为25～165cm^-1。在1318～1340cm^-1的区域还会有另一不太显著的谱线，其FWHM至少为18cm^-1。而且，有时在1360～1420cm^-1之间还会有一个宽带(FWHM＞180cm^-1)。该宽带可能表现为1580cm^-1附近的分离的带或激发线的平台。在可见喇曼光谱中，这些膜具有分别在约1350cm^-1和1580cm^-1处的碳D/G对。

该碳膜可能比300纳米还薄。有该膜淀积在其上的衬底可以是导电的，也可以是不导电的。在非导电衬底的情况下，该衬底可用连续的导电层或导电材料的细网格覆盖。

该碳层可通过化学汽相淀积、物理汽相淀积、电解、印刷或涂刷形成。该膜可以是连续的，也可以是不连续的，是粒径尺寸小于300nm的颗粒的紧密排列。

以上相当简略地描述了本发明了的特征和技术优点，以便使得下面的发明详述更容易理解。下面还要详述本发明的其它特征和优点，这一切都构成本发明的权利要求部分的主题。

为了更详尽完整地理解本发明及其优点，要参照下列附图进行详述，其中：

图1示出本发明的阴极样品的UV喇曼光谱；

图2示出本发明的另一阴极样品的UV喇曼光谱；

图3示出本发明的另一阴极样品的另一UV喇曼光谱；

图4示出其UV喇曼光谱示于图1的发射碳膜的荧光屏图像；

图5示出其UV喇曼光谱示出图2的发射碳膜的荧光屏图像；

图6示出其UV喇曼光谱示出图3的发射碳膜的荧光屏图像；

图7示出与本发明结合的场发射器件；

图8示出用来淀积本发明的碳膜的装置；

图9示出现有技术中的DLC膜的喇曼光谱；

图10～12分别出示图1～3中示出的样品阴极的可见喇曼光谱。

下面的详尽描述将提供一个对本发明的透彻的理解。但是，显而易见，对本领域技术人员来说没有这些细节也可以实施本发明。在另一些情况下，以框图形式表示公知的电路，以避免因不必要的细节而使本发明更不易理解。在大多数部分，与时间有关的考虑都省略了，因为这些细节对完整地了解本发明并不需要，而且也在相关领域技术人员的公知知识之内。

参照图7，示出了用根据本发明的碳膜703制造的场发射器件。在衬底701上淀积导电层702，再在其上淀积碳层703。阳极包括衬底704、导电层705和荧光层706，该衬底704可以是玻璃衬底，该导电层705可是以铟锡氧化物，该荧光层706用来接收碳层703发射的电子。响应于阳极和阴极之间的适当电场，从碳层703发出电子。图7的装置表示为两极结构，但也可以包括一个或多个栅极。该装置可用来制造场发射光源或可矩阵寻址的彩色显示器。对于这些结构的进一步讨论，请参见US No.5,449,970和No.5,548,185，它们在此引作参考。

参见图8，可用白热丝支持的化学汽相沉积(CVD)工艺淀积碳层703。将衬底803(其上可以淀积有导电层702)置于CVD反应室802中的夹具801上。向反应室802流入氢气805约少于10分钟。然后向反应室802流入氢气805和甲烷806的混合气约少于1小时，在该混合气中甲烷少于50％。再向反应室805中流入另一氢气805和甲烷806的混合气约少于2小时，该混合气中的甲烷含量比上一步骤更低。然后在CVD反应室802中流入氢气805少于15分钟。

在上述气流中也可含有少量的氧、氮或硼掺杂。

灯丝804的温度设为1600～2400℃之间，衬底803的温度设为600～1000℃之间。淀积压力为5～300乇。