[发明专利]一种提高氧化钨纳米材料薄膜场发射特性的原位等离子体辉光处理方法

摘要

本发明提供一种提高氧化钨纳米材料薄膜场发射特性的原位等离子体辉光处理方法。该方法是将氧化钨纳米材料薄膜作为场发射结构的阴极，并放置于高真空测试腔中。首先在场发射结构的阴-栅或阴-阳极之间施加高电压实现场致电子发射，再将重原子质量的气体（例如Ar）和强还原性的气体（例如H2）先后引入到纳米材料薄膜和阳极之间，保持一定的工作气压，再利用高电压形成等离子体辉光放电，在场发射的过程中对氧化钨纳米材料薄膜样品进行原位处理，最终达到提高其场发射特性的目的。该方法具有使用设备简单、处理气体廉价的特点。经过本方法处理后的氧化钨纳米材料薄膜其开启电场和阈值电场变低，场发射址的分布均匀性和亮度分布均匀性获得有效改善。

主权项

一种提高氧化物纳米材料薄膜场发射特性的原位等离子体辉光处理方法，包括以下步骤： (1)首先在高真空腔中，将氧化物纳米材料薄膜作为场发射结构的阴极，涂覆荧光粉的荧光屏作为阳极，然后在阴‑栅或阴‑阳极两极之间施加高电压，使纳米材料薄膜出现场致电子发射，然后保持其电场强度不变，连续处理样品一段时间，以烧毁某些高度较大的纳米线，使整个样品中的纳米线的高度基本趋于一致； (2)惰性气体等离子体处理：将一定流量的惰性气体引入高真空腔中，使真空腔中维持一定的工作气压，在场发射结构两端施加一定的强电场，从而使惰性气体在场发射结构的阴阳两极之间形成等离子体辉光放电，然后固定电场强度不变，对场发射过程中的氧化物纳米材料薄膜进行连续原位处理，利用惰性气体原子或离子的质量大的特征，轰击其纳米材料表面的氧化层，使其氧化层的厚度迅速减薄并进一步使纳米材料的高度趋于均匀，最后关闭惰性气体，再次恢复系统的高真空度； (3)化学性质活泼的还原性气体等离子体处理：将一定流量的还原性气体引入高真空腔中，让高真空腔保持一定的工作气压，在场发射结构两端施加一定的强电场，使还原性气体在场发射器件的阴阳两极之间形成等离子体辉光，然后对场发射过程中的氧化物纳米材料薄膜进行恒定电场下的连续处理，利用还原性气体的原子或离子的强还原作用将其表面的非晶氧化层还原为与其内部氧化物纳米结构相同的单晶结构，然后关闭还原性气体，再将还原性气体抽离高真空腔，重新恢复系统的高真空度； (4)上述惰性气体和还原性气体原位等离子体处理1次或循环重复进行若干次，直至原位观察中的样品获得场发射均匀的发射图像。