專利名稱：電子發(fā)射元件的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射元件的制備方法，尤其涉及一種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā) 射元件的制備方法。
背景技術(shù)：
平板顯示是顯示器行業(yè)的一大趨勢，目前主要的平板顯示技術(shù)有液晶顯示
(LCD)、等離子顯示(PDP)及場發(fā)射顯示(FED)等。其中，LCD技術(shù)是 —種被動發(fā)光型顯示技術(shù)，該顯示技術(shù)在光亮度及色彩保真方面有一定的局限 性。PDP技術(shù)是主動發(fā)光型顯示技術(shù)，該顯示技術(shù)在色彩保真及能耗方向也有 其局限性。目前較為成熟的FED技術(shù)為Spindt型，但由于其成本高、電子發(fā)射 體的堅固性及均勻性低，故，難于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。1996年，佳能(Canon)推出了 一種新型的顯示技術(shù)，即，表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射(Surface Conduction Electron Emitter Display，簡稱SED ) 。 SED技術(shù)也是一種FED技術(shù)，但與傳統(tǒng)的FED技術(shù)不同 的是，SED器件的電子發(fā)射沿著平行于基板的方向。 一個SED器件是由大量表 面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件(Surface-Conduction Electron Emitter,簡稱SCE )組成的， SCE處于陰極表面，每一個SCE對應一個顯示像素。如圖1所示為一個SCE 10, 其包括一陰極基板12,兩個電極112、 114, 一導電薄膜116,及一位于導電薄 膜窄縫處的沉積層118。在沉積層118上有一納米級的間隙120。當于電極112、 114施加一定電壓時，由于遂道作用，電子將從電極112飛向電極114。 一部分 電子在飛躍過程中在陽極14的作用下，被提取出來撞擊熒光屏16,從而發(fā)光。
SED技術(shù)與傳統(tǒng)的陰極射線管顯示(CRT)技術(shù)的發(fā)光原理相同，因而圖 像具有同樣優(yōu)秀的色彩效果。SED器件由于通過簡單的噴墨打印、激活成形等 簡單工藝制備，因而生產(chǎn)成本大大降低。現(xiàn)有40英寸的SED器件，光暗對比度 可達8600:1,厚度約為10mm,且功耗約為相同尺寸的LCD器件的一半。
但是在SED器件的SCE中，制備用于發(fā)射電子的間隙需要長時間大電流的 燒斷成形過程，造成能源的浪費。且，由于用于發(fā)射電子的間隙只有幾個納米
的寬度，電子在其中飛行時間很短，許多電子來不及被陽極電場提取出來撞擊 熒光屏，由此也會造成能源的浪費。然而，如果把該間隙增加，發(fā)射電子需要 更高的發(fā)射電壓，將會超過現(xiàn)有驅(qū)動電路所能提供的電壓范圍。
因此，需要研究能克服上述缺點的新型電子發(fā)射元件。碳納米管(CNTs)是 一種新型碳材料，其具有優(yōu)異的導電性能，且具有幾乎接近理論極限的長徑比， 所以，碳納米管是已知最好的電子發(fā)射材料，其具有極低場發(fā)射電壓，從而可 在較小的發(fā)射電壓及較大的發(fā)射距離下發(fā)射電子，且發(fā)射電流穩(wěn)定，因而非常 適合用于電子發(fā)射元件。
有鑒于此，提供一種采用碳納米管、以簡單工藝制備具有較小能耗及較高 電子發(fā)射效率的電子發(fā)射元件的方法是必要的。
發(fā)明內(nèi)容
以下以實施例說明 一種以簡單工藝制備具有較小能耗及較高電子發(fā)射效率 的電子發(fā)射元件的方法。
一種電子發(fā)射元件的制備方法，其包括以下步驟(一)提供一基板；(二) 間隔設置兩個平行的下電極于該基板表面；(三)沿垂直于下電極方向設置多 個碳納米管元件于下電極上；(四)對應設置兩個上電極于下電極上，并將上 述碳納米管元件固定于上電極與下電極之間；(五)形成一間隙于位于平行電 極之間的碳納米管元件間。
該步驟(二)及步驟(四)中，制備下電極與上電極的方法為真空蒸鍍方 法、》茲控濺射方法及電子束蒸發(fā)方法之一。
該步驟(三)中，放置碳納米管元件的方法為鋪設、噴灑或沉積。 該步驟(五)中，碳納米管元件間的間隙是通過等離子刻蝕方法形成的。 在步驟(三)之前，可進一步包括在兩下電極間的基板表面形成支撐體的 過程。
在步驟(三)之后，可進一步包括在兩上電極與碳納米管元件上表面形成 固定層的過程?；蛘咴诓襟E(五)之后保留覆蓋在碳納米管及上電極表面的光
刻膠，形成一固定層。
在步驟(五)之后，可進一步包括在碳納米管元件的間隙下的基板表面形
成凹槽的過程。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件及電子源可通過光刻、沉積鍍 膜等現(xiàn)有的簡單的工藝制備。由于采用碳納米管做為電子發(fā)射體，降低了電子 發(fā)射電壓，從而降低了所制備電子發(fā)射元件的能耗。另，所制備的碳納米管元 件的間隙可達幾個微米，電子在此間隙飛行有足夠的時間被提取出來撞擊電子， 從而增加電子利用率。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的側(cè)視示意圖
圖2是本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的剖視示意圖。
圖3與圖4是本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的俯視示意圖。
圖5是應用本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的電子源及應用該電 子源的SED的側(cè)視示意圖。
圖6是本發(fā)明第二實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的剖視示意圖。 圖7是本發(fā)明第三實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的剖視示意圖。 圖8是本發(fā)明第四實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的剖視示意圖。 圖9是本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的掃描俯視圖。 圖IO是本發(fā)明第一實施例的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件的制備方法的流程示意圖。
圖11至圖14是圖10的具體步驟示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。
本發(fā)明第一實施例提供一種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20 ( Surface-Conduction Electron Emitter, SCE )。如圖2所示，該SCE 20包括一基板22,平行設置于 基板22表面的第一電極24及第二電極24',及兩個線狀碳納米管元件26。第 一電極24及第二電極24，分別包括沿垂直方向堆疊設置于基板22表面的下電極 242、 242，及上電極244、 244，。兩個碳納米管元件26分別夾在下電極242與上 電極244之間及下電極242，與上電極244，之間。下電極242及242，與基板22
表面接觸，上電極244、 244，分別位于下電極242、 242，及碳納米管元件26上。 兩個碳納米管元件26,相對的電子發(fā)射端262之間形成一間隙28.
基板22可為石英、玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，或者，該基板22還可 為表面覆有氧化物絕緣層的導體。基板22的厚度可根據(jù)預定需求設置，當基板 22為表面覆有氧化物絕緣層的導體時，為了保證充分地絕緣，氧化物絕緣層應 具有一定厚度。本實施例的基板22優(yōu)選為表面形成有一二氧化硅層的硅片，二 氧化硅層的厚度為0.5至1微米。
碳納米管元件26可為碳納米管或碳納米管線等，該碳納米管線為多個碳納 米管首尾相連形成的束狀結(jié)構(gòu)。
第一電極24及第二電極24，的材料可為鈦、賴、金、鵠或鈀等金屬，厚度 為20至150納米，寬度可分別為幾十微米至幾百微米，長度可根據(jù)需要選擇， 第一電極24及第二電極24，的間隙28為幾微米至幾十微米。優(yōu)選地，本實施例 中的第一電極24及第二電極24，的寬度為90微米-190微米，間距為IO微米。
進一步地，為增強下電極242、 242，與基板22的附著力，下電極242、 242， 可選用鈦、鴒等附著力強的金屬。同時，為增強上電極244、 244，與碳納米管元 件26的電接觸，從而減小上電極244、 244，與碳納米管元件26的接觸電阻，上 電極244、 244，可選用金、柏、鈀等導電性好的金屬。進一步地，為增強下電極 242、 242，與基板22的附著力及其與碳納米管元件26的電接觸，下電極242、 242，可進一步包括多層金屬。下電極242、 242，的最下層金屬直接與基板22相 接觸，其材料可為鈦、鎢等附著力強的金屬。下電極242、 242'最上層金屬直接 與碳納米管元件26相接觸，其材料可為金、柏、鈀等導電性好的金屬。
本領域技術(shù)人員應明白，本發(fā)明第一實施表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20可進一 步包括多個碳納米管元件26設置于第一電極24及第二電極24，之間，該多個碳 納米管元件26彼此相互平行且平行于基板22設置。進一步地，請參閱圖3, 該多個碳納米管元件26可僅固定于第 一 電極24,每個碳納米管元件26可包括 至少一電子發(fā)射端262向第二電極24'延伸，并分別與第二電極24，形成間隙28。 請參閱圖4,該多個碳納米管元件26也可分別固定于第一電極24及第二電極 24，，該多個碳納米管元件26分別包括至少一電子發(fā)射端262彼此相對，形成 間隙28。
本技術(shù)領域技術(shù)人員應明白，本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20
中的第一電極24及第二電極24，也可采用 一體結(jié)構(gòu)，碳納米管元件26亦可通過 導電膠粘覆等方式固定于第一電極24及第二電極24，表面，或者直接嵌入第一 電極24及第二電極24，的材料中。
請參閱圖5，本發(fā)明第一實施例進一步提供一種應用上述表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā) 射元件20的電子源30。該電子源30包括多個上述表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20， 該多個表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20共用 一個基板22,數(shù)對第 一電極24及第二電 極24，平行設置于該基板22表面，多個線狀碳納米管元件26分別固定于上述第 一電極24及第二電極24，，該多個碳納米管元件26的分別包括至少一電子發(fā)射 端262《皮此相對，相對的電子發(fā)射端262之間形成間隙為28。本發(fā)明電子源30 可進一步應用于SED,該SED包括電子源30， 一設置于電子源30上方的一個 陽極電極32,及一個設置于陽極電極32上并與其配合的菱光屏34的。SED工 作時，在電子源30的第一電極24及第二電極24，施加信號電壓。由于碳納米管 元件26本身具有極佳的場發(fā)射性能，在電場作用下，電子從固定于第二電極 24，的碳納米管元件26射入間隙28,并飛向相鄰的第一電極24。在陽極電極32 的正向偏壓作用下，電子被拉向陽極電極32，并撞擊熒光屏34從而發(fā)光。在 本實施例中，當陽極電極32的場強與第一電極24和第二電極24'間的場強之 比為6:1時，陽才及電才及32的電流與第一電才及24和第二電4及24，間的電流大致 相同，說明電子源30具有較高的'電子發(fā)射效率及電子利用率。
請參閱圖6，本發(fā)明第二實施例提供一種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件40,該表 面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件40包括一個基板42，平行設置于基板42表面的第一電極 44及第二電極44',及兩個碳納米管元件46。第一電極44及第二電極44，分別 包括沿垂直方向堆疊設置于基板42表面的下電極442、442，及上電極444、444'。 兩個碳納米管元件46分別夾在下電極442與上電極444及442，與444，之間。該 表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件40的結(jié)構(gòu)與第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20結(jié)構(gòu) 基本相同，其區(qū)別在于該表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件40在第一電極44及第二電 極44，之間的基板42表面設置有一支撐體48,該支撐體48的厚度小于或等于 下電極442、 442，的厚度。支撐體48根據(jù)基板42材料，可選用氧化硅、氧化鋁、 金屬氧化物、陶瓷等材料。支撐體48可避免由于碳納米管元件46伸出電極44的部分在重力或張力作用下易彎變形甚至斷裂，從而影響表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元 件40電子發(fā)射的穩(wěn)定性。本實施例中，支撐體為一二氧化硅介質(zhì)層，其厚度為
40纟內(nèi)H 70纟內(nèi)*。
請參閱圖7,本發(fā)明第三實施例提供一種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件50。該表 面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件50包括一個基板52,平行設置于基板52表面的第一電極 54及第二電極54'，及兩個線狀碳納米管元件56。兩個碳納米管元件56分別固 定于第一電極54及第二電極54，。該表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件50的結(jié)構(gòu)與第一實 施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于該表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā) 射元件50在兩電極54之間的基板52表面形成一凹槽58。由于基板52為絕緣 材料或其表面覆有一氧化物的絕緣層，所以基板52會對碳納米管元件56的發(fā) 射電子有一定的屏蔽作用。因此，基板52表面形成一凹槽58,可增加碳納米 管元件56與基板52的距離，從而降低基板52的屏蔽作用。
請參閱圖8，本發(fā)明第四實施例提供一種表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件60。該表 面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件60包括一個基板62,平行設置于基板62表面的第一電極 64及第二電極64',及兩個線狀-友納米管元件66。兩個碳納米管元件66分別固 定于第一電極64及第二電極64，。。該表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件60的結(jié)構(gòu)與第一 實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別在于該表面?zhèn)鲗щ娮?發(fā)射元件60進一步包括一固定層68。該固定層68覆蓋于電極64, 64，的表面 及碳納米管元件66的部分表面。該固定層68可增強碳納米管元件66的穩(wěn)固 性，防止其在電場作用下4皮拉出。該固定層68可采用氧化硅、氮化硅、金屬氧 化物、陶乾及光刻膠等絕緣材料。
另外，本技術(shù)領域技術(shù)人員應明白，本發(fā)明第一實施例的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā) 射元件20,為降4氐同 一電極24或24，內(nèi)的相鄰碳納米管元件26間的屏蔽作用， 增強碳納米管元件26的發(fā)射電子能力，碳納米管元件26的多個碳納米管可形 成連續(xù)的鋸齒狀等結(jié)構(gòu)，詳如圖9所示。
請一并參閱圖IO至圖14，本發(fā)明第一實施例表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件10的 制備方法包括以下步驟
步驟l,提供一基板22。該基板22可為石英、玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材 料，或表面覆有氧化物絕緣層的導體?；?2的厚度可根據(jù)預定需求設置，當
基板22為表面覆有氧化物絕緣層的導體時，為了保證充分地絕緣，氧化物絕緣
層應具有一定厚度。本實施例的基板22為表面有一二氧化硅層的硅片，二氧化 硅層的厚度為0.5至1微米。
步驟2，如圖ll所示，間隔設置兩個平行的下電極242、 242，于基板22表 面。其具體步驟包括先在基板22涂覆光刻膠，通過光刻方法在光刻膠層形成 兩個平行的條帶狀區(qū)域，在該區(qū)域露出基板22。然后，通過真空蒸鍍、磁控賊 射或者電子束蒸發(fā)等方法在整個基板22上沉積一層或者多層金屬。最后，以放 入丙酮等有機溶劑除去光刻膠及其上的金屬層，即得到下電極242、 242，?；蛘撸?先在整個基板22上沉積一層或者多層金屬，在該金屬層表面涂覆一層光刻膠， 通過光刻方法形成光刻膠的圖形以保護所需要電極，然后采用濕法刻蝕、離子 束反應刻蝕等方法去除多余區(qū)域的金屬層，最后以丙酮等有機溶劑去除光刻膠 層，即得到下電極242、 242'。
下電極242、 242，的材料可為鈦、賴、金、鎢或鈀等金屬，厚度為40納米 至70納米，長度及寬度為幾十微米至幾百微米，間距為幾微米至幾十微米。為 增強下電極242 、 242，與基板22的附著力，下電極242、 242，優(yōu)選鈦、鵠等附 著力強的金屬。
下電極242、 242'可包括多層金屬。下電極242、 242，的最下層金屬直接與 基板22相接觸，其材料優(yōu)選鈦、鵠等附著力強的金屬，以增強下電極242、 242， 與基板22的附著力。下電極242、 242，的最上層金屬直接與要在后續(xù)步驟放置 的碳納米管元件26接觸，其材料優(yōu)選為金鉑、鈀等導電性好的金屬，以增強下 電極242、 242，與碳納米管元件26的電接觸，從而減小接觸電阻。
步驟3,如圖12所示，沿垂直于下電極242、 242，方向設置多個碳納米管 元件26于下電極242、 242，上。多個碳納米管元件26相互平行且平行于基板 22。碳納米管元件26可為碳納米管、碳納米管線等。在下電極242、 242，上放 置碳納米管元件26可釆用鋪設、噴灑、沉積等方法。
鋪設方法的具體步驟如下提供一個碳納米管膜；將碳納米管膜平行于基 板22且沿垂直于下電極242、 242，的方向鋪放在下電極242、 242'表面上，并滴 少許酒精于碳納米管膜上使其收縮成多個碳納米管線并附著于下電極242、242' 的表面。該方法中制備碳納米管膜的方法包括以下步驟提供一碳納米管陣列，
用一鑷子夾住或用膠帶粘住多束碳納米管，施加外力抽拉。由于范德華力的作 用，碳納米管束端部首尾連接在一起，沿抽拉方向形成一碳納米管膜。碳納米
管膜及碳納米管線的具體制備方法參見論文Xiaobo Zhang et al.， Jdv朋cW 淑e〃'我2006, 18, 1505-1510。
本技術(shù)領域技術(shù)人員應明白，該鋪設方法也可將步驟2中已獲得的形成有 下電極242、 242，的基板22邊緣粘上膠，并靠近并接觸碳納米管陣列，沿垂直 于下電極242、 242，的方向移動基板22拉出一個碳納米管膜，滴少許酒精于碳 納米管膜上，使其收縮后即得到碳納米管線。
噴灑方法的具體步驟如下將多個碳納米管分散于溶劑中，該溶劑可為乙 醇、丙酮、異丙醇、1， 2-二氯乙烷等有機溶劑，或者是摻入表面活性劑的溶液， 如加入十二烷基苯磺酸鈉的水溶液。然后將含碳納米管的溶液噴灑于下電極 242、 242，上，待溶劑揮發(fā)后，碳納米管即置于平行的下電極242、 242，上。優(yōu) 選地，可先將下電極242、 242，加熱至高于溶劑沸點的溫度，而后將含碳納米管 的溶液噴灑于下電極242、 242，。由于溶劑在高溫下迅速揮發(fā)，可防止碳納米管 在下電極242、 242，表面上再次團聚。
沉積方法的具體步驟如下將碳納米管分散于溶劑中，該溶劑可為乙醇、 丙酮、異丙醇、1, 2-二氯乙烷等有機溶劑，或者是摻入表面活性劑的溶液，如 加入十二烷基苯磺酸鈉的水溶液。然后將帶有下電極242、 242，的基板22放置 于含有碳納米管的溶液或懸濁液中，靜置一段時間。碳納米管由于自身重力作 用沉積于下電極242、 242，表面，待溶劑完全揮發(fā)后，碳納米管元件26即置于 下電極242、 242,表面。
另外，上述三種放置碳納米管的方法中，噴灑和沉積放置碳納米管的方法， 可進一步包括將碳納米管26取向的過程。取向方法包括以氣流吹使碳納米管 26垂直于下電極242、 242，的氣流法，以外加電場使碳納米管26垂直于下電極 242、 242，的電泳法等。
步驟4，如圖13所示，對應設置兩個上電極244、 244，于下電極上242、242，， 并將上述石灰納米管元件26固定于上電極244、 244'與下電極242、 242，之間。上 電極244、 244，的制備方法與步驟2中制備下電極242、 242，的方法相同。上電 極244、 244，的結(jié)構(gòu)與下電極242、 242，相同，上電極244、 244，的材料可為鈦、
鉑、金、鴒或鈀等金屬，優(yōu)選的材料為鉑、金或鈀等導電性好的金屬。
步驟5，如圖14所示，形成一間隙28于位于平行電極之間的碳納米管元 件26。先在碳納米管元件26與上電極244、 244，表面整體涂覆一層光刻膠，通 過光刻方法露出碳納米管元件26的一部分，然后，通過等離子刻蝕等方法去除 碳納米管元件26的露出的部分，從而形成間隙28。發(fā)射電子間隙的寬度可為1 至10微米。等離子刻蝕可用氫氣、氧氣及六氟化硫等氣體。本實施例是采用氧 氣等離子刻蝕，壓強為2帕斯卡，功率為100瓦特，反應時間約為2分鐘，即 可完全去除碳納米管元件26的露出部分。本技術(shù)領域人員應明白，步驟5中間 隙28還可通過掩模等方法制備。
步驟5可進一步包括去除多余碳納米管的步驟。如步驟3中，除了放置于 下電極242、 242，的碳納米管外，基板22上還存在多余的碳納米管。該多余的 碳納米管可通過等離子刻蝕等方法去除。
本發(fā)明第二實施例的表面?zhèn)鲗щ娮釉?0的制備方法與上述第一實施例 制備方法的步驟基本相同。兩者區(qū)別在于，在步驟3設置碳納米管元件26之前， 進一步通過采用真空蒸鍍、電子束蒸鍍及磁控濺射等方法，于平行于下電極442 之間的基板42上形成支撐體48。該支撐體48為一介質(zhì)層。支撐體48根據(jù)基 板的不同，可選用氧化硅、氧化鋁、陶瓷等材料，其厚度小于或等于下電極442 的高度。本實施例中，支撐體48為一二氧化硅介質(zhì)層，其厚度為40納米至70 納米。
本發(fā)明第三實施例的表面?zhèn)鲗щ娮釉?0的制備方法與上述第一實施例 制備方法的步驟基本相同。兩者區(qū)別在于，在步驟5形成間隙之后，在兩個電 極54間的基板52表面上通過濕法刻蝕形成一凹槽58,根據(jù)基板52材料不同 可采用不同的刻蝕劑。基板52為絕緣材料或表面覆有一氧化物絕緣層，對碳納 米管元件56的電子發(fā)射有一定的屏蔽作用。因此，凹槽58的形成，可增加碳 納米管元件56與基板52的距離，從而降低基板52的屏蔽作用。在本實施例中， 基板52為覆蓋有二氧化硅層的硅片，刻蝕劑采用溫度為8(TC左右的氬氧化鉀 溶液，反應時間約為IO分鐘，所得到的凹槽58深度大約為10微米至20微米。
本發(fā)明第四實施例的表面?zhèn)鲗щ娮釉?0的制備方法與上述第一實施例 制備方法的步驟基本相同。兩者區(qū)別在于，在步驟5中，將覆蓋在碳納米管66
及上電極644表面的光刻膠保留，形成一固定層68。該固定層68可增強碳納 米管66的穩(wěn)固性，防止碳納米管66在電場作用下被拉出?；蛘撸诓襟E4之 后，進一步包括一沉積方法形成固定層68的步驟，該固定層68可為氧化硅、 氮化硅、金屬氧化物、陶資等絕緣材料。
另外，步驟5中可通過采用鋸齒狀的光刻模板，使碳納米管元件的多個碳 納米管形成連續(xù)的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，制備出鋸齒狀的間隙，請參閱圖9。該鋸齒狀 的間隙可降低碳納米管元件的多個碳納米管間的屏蔽作用，從而增強碳納米管 元件的發(fā)射電子能力。碳納米管元件的多個碳納米管還可為其它形狀。
電子源30的制備方法與表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件20的制備方法相似，其制 備方法具體步驟包括提供一基板22;在該基板22上制備多個相互平行的下 電極；在下電極上放置多個碳納米管元件26，多個碳納米管元件相互平行且平
極，上電極與下電極共同構(gòu)成電極24， 24，；形成碳納米管元件26間的間隙28。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明實施例的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射元件及電子源，通 過簡單的光刻、鍍膜工藝就可制備，從而可簡化制備工藝。另外，由于發(fā)射電 子的間隙可達幾個微米，電子在此間隙飛行有足夠的時間被陽極電場提取出來 撞擊熒光屏，從而增加電子利用率。另外，由于碳納米管優(yōu)良的電子發(fā)射特性， 降低了電子發(fā)射電壓，從而降低了能耗。因此，本發(fā)明實施例的表面?zhèn)鲗щ娮?發(fā)射元件及電子源，在簡化SED的制備工藝、提高SED的發(fā)光效率及降低SED 能耗方面都有著廣闊的應用前景
另外，本領域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化。當然，這些依據(jù) 本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射元件的制備方法，其包括以下步驟提供一基板；間隔設置兩個平行的下電極于該基板表面；沿垂直于下電極方向設置多個碳納米管元件于下電極上；對應設置兩個上電極于下電極上，并將上述碳納米管元件固定于上電極與下電極之間；以及形成一間隙于位于平行電極之間的碳納米管元件間。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，設置下 電極與上電極的方法包括真空蒸鍍方法、磁控賊射方法或電子束蒸發(fā)方法。
3. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，設置碳 納米管元件的方法包括鋪設方法、噴灑方法或沉積方法。
4. 如權(quán)利要求3所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，該鋪設 方法包括以下步驟提供一個碳納米管膜；將碳納米管膜沿平行于基板且垂 直于下電極的方向鋪放在下電極表面上；以及，滴少許酒精于碳納米管膜上 使其收縮后，形成多個碳納米管線鋪設于下電極的表面。
5. 如權(quán)利要求3所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，該噴灑 方法包括以下步驟提供多個碳納米管分散于溶劑中；將含碳納米管的溶液 噴灑于下電極上；使溶劑揮發(fā)，形成多個碳納米管設置于下電極的表面。
6. 如權(quán)利要求3所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，該沉積 方法包括以下步驟提供多個碳納米管分散于溶劑中；將帶有下電極的基板 放置于含有碳納米管的溶液中；靜置一段時間，使溶劑完全揮發(fā)，形成多個 碳納米管設置于下電極的表面。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，進 一 #包括使碳納米管元件垂直于下電極的取向步驟。
8. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，該間隙 的形成方法包括以下步驟在碳納米管元件與上電極的表面整體涂覆一層光 刻膠；通過光刻方法露出該破納來管元件的一部分；以及，通過等離子刻蝕 去除碳納米管元件的露出的部分，形成間隙。
9. 如權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，形成間 隙後將覆蓋在碳納米管及上電極表面的光刻膠保留，形成一 固定層。
10. 如權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，進一 步包括通過光刻形成連續(xù)的鋸齒狀間隙。
11. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，形成 間隙前進一 步包括形成一固定層于上電極與碳納米管元件的上表面。
12. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，形成間隙后進一 步包括形成 一 凹槽于間隙下面的基板表面。
13. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的制備方法，其特征在于，設置 碳納米管元件之前進一步包括通過真空蒸鍍、電子束蒸鍍或磁控濺射方法形 成一支撐體于兩下電極間的基板表面。
14. 一種應用電子發(fā)射元件的電子源的制備方法，其包括以下步驟 提供一基板；以一定間隔設置多個平行電極于上述基板表面；以及 沿平行于基板及垂直于上述電極方向設置多個碳納米管元件并固定于上 述電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備電子發(fā)射元件的方法，該方法包括如下步驟提供一基板；在基板上制備一對下電極；在下電極上放置多個碳納米管元件；在碳納米管元件表面制備上電極；形成碳納米管元件的間隙。該電子發(fā)射元件可應用于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示裝置(Surface-Conduction Electron Emitter Display，簡稱SED)中。
文檔編號H01J9/02GK101192494SQ200610157040
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 鵬 柳, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司