[发明专利]一种157nm深紫外激光微加工制备场致发射阴极的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种场致发射显示器(FED)阴极的制备方法，特别用于显示器的阴极的发射。

背景技术

目前市场上主流的显示器有阴极射线管显示器、液晶显示器、和等离子显示器，而场致发射显示器具有功耗低、亮度高、超薄等优点，由于兼具普通阴极射线管显示器、液晶显示器和其他平板显示器的优点，因此成为研究的热点。

FED(场发射显示器)可像PDP(等离子体显示器)一样实现大面积显示，其在发光效率、亮度、视角等方面与LCD(液晶显示器)和PDP相比更具优势。FED还具有分辨率高、色再现性好、对比度好、响应速度快、耐高低温、抗振动冲击、电磁辐射极微、易于实现数字化显示等特点，因此受到了广泛关注。而以场致发射冷阴极为基础的真空微电子器件，因其具有电子传输速率高、功耗低、跨导高、电流密度大、工作电压低、寿命长等优点，其性能的好坏直接决定了场致发射器件的总体性能。场致发射研究的重点是提高场致发射阴极的发射电流密度、发射稳定性和发射均匀性。所以研究、开发新型场发射阵列(FEA)阴极的制备工艺是改善场致发射阴极性能的重要途径。

场致发射阵列尖锥的尺寸大小、高宽比、发射尖端的曲率半径等是影响阴极的场致发射性能最关键的因素。现有的场发射阵列阴极尖锥的制备工艺中包括干或湿法腐蚀、镀膜等加工过程，制备的微锥阵列的精度有限，且工艺过程复杂，周期太长，成本较高，发射体的电流密度和发射均匀性也不太理想，制约了该类显示器的产业化进程。

另外，从现有可折叠的显示器研究看，目前，主要集中在有机材料方面，如研究有机发光二极管(OLED)，已经取得了很好的进展，但是受有机材料本身性能的限制，该类显示器也存在一些缺点：(1)易老化造成寿命短，通常只有5000小时，要低于LCD至少1万小时的寿命；(2)色差差；存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳浓郁的色彩。

提高微锥型场致发射阴极质量除发生材料外，主要应解决场致发射阵列尖锥的尺寸大小、高宽比、发射尖端的曲率半径等影响阴极的场致发射性能的关键因素。现有的场发射阵列阴极尖锥的制备工艺中包括干或湿法腐蚀、镀膜等加工过程，制备的微锥阵列的精度有限，且工艺过程复杂，周期太长，成本较高，发射体的电流密度和发射均匀性也不太理想。

为了得到较好微锥质量场致发射阴极，1997年11月东南大学学报第27卷第6期发表一篇题目为‘两种场发射尖锥的制备工艺及电学特性分析’概论文中介绍了一种倒金字塔填充型尖锥的制备方法，该方法制备倒金字塔填充型衬底是采用EPW腐蚀液进行各向异性腐蚀。由于是采用化学溶液进行腐蚀，在腐蚀过程中腐蚀范围和腐蚀程度不能准确的控制，并且该工艺过程复杂，质量难已保证，由于采用化学腐蚀方法，给环境造成一定的污染。与上述传统的微加工技术相比，激光微加工技术具有非接触、有选择性加工、高重复率、尺寸与形状的柔性直写等特优点，其中激光微加工技术最大的特点是“直写”加工，不但简化了工艺，而且可实现微型机械的快速成型制造。此外，该技术没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，是一种“绿色制造”。

目前能够用于精密加工的激光有两种：一种是飞秒激光，由于飞秒激光，脉宽极短，所以峰值强度极高，加工热损伤小。但飞秒激光的点光束聚焦加工在深度方向不能形成平整的加工效果，只适用于切割和钻孔，所以飞秒激光在三维微结构的精密加工方面还存在一定的困难；另一种是157nm紫外准分子脉冲激光，他工作波长157nm，脉冲宽度ns级。深紫外激光加工材料产生的热量很小，且激光作用时间短、热扩散度低，也被认为是一种“冷”的激光加工手段。157nm深紫外激光的近场光束轮廓平滑，其能量沿长轴方向呈帽顶分布，沿短轴则接近高斯分布，且激光光束空间相干性低，可以被整形，因此可以通过刻有尖锥加工形状的掩模板的多次曝光来实现复杂三维表面的加工，该优势是飞秒激光微加工所不具备的。另外，该激光对加工材料的穿透深度极薄，有利于对材料进行逐层烧蚀剥离，提高被加工表面的光洁度，所以与其它激光相比，157nm脉冲激光是用于制造高质量的场致发射阵列尖锥较理想的光源。

发明内容

本发明的目的：提供一种精确制备场致发射阴极的157nm深紫外激光制备方法，研制出一种能够较理想控制微锥的形状、大小、尖度等场致发射阴极阵列的激光微加工工艺。