[发明专利]一种场发射阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及场发射器件领域，具体涉及一种场发射阴极及其制备方法。

背景技术

场发射器件是一种新兴光源，是通过施加电场从阴极电极发射电子轰击阳极发光的装置，能实现利用大功率高密度电子流发光。场发射光源具有节能、环保、可在恶劣环境中工作的优点，已经广泛应用于显示器、照明设备和微波元件中，具有巨大的应用潜力。

电子发射体是冷阴极电子源是场发射光源的重要组成部分，其电子发射效率直接影响场发射光源的发光效率。而电子发射体的电子发射效率由两个因素决定，一是电子发射体自身的场增强因子，二是电子发射体与基板间的欧姆接触。电子发射体的场增强因子与其长径比、生长方向、生长密度有直接联系，目前，制备生长方向、长径比和密度可控的电子发射体，如制备ZnO纳米棒、碳纳米管等技术已被公开。

低接触电阻的欧姆接触是实现高质量场发射器件的基础。良好的热膨胀系数匹配是实现低接触电阻的重要环节。热膨胀是指物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。在器件工作时温度升高，由于基板与电子发射体具有不同的热膨胀系数，基板与电子发射体发生的形变不匹配，从而导致基板与电子发射体之间的接触面不均匀，接触电阻增大。不均匀的接触面会导致电子发射体容易被损坏，寿命缩短；过大的接触电阻会降低电子发射体的电子发射效率。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明第一方面提供了一种场发射阴极，该场发射阴极在基板与电子发射体之间设置了金属缓冲层，该缓冲层能提高基板与电子发射体之间的热膨胀系数匹配度，减小接触电阻，最终提高电子发射体的电子发射效率和使用寿命。本发明第二方面提供了上述场发射阴极的制备方法，其方法工艺简单，易于实现规模化生产。

本发明第一方面提供了一种场发射阴极，包括基板、设置在基板上的导电薄膜和形成在导电薄膜上的电子发射体阵列，所述导电薄膜与电子发射体阵列之间设置有一厚度为0.4~0.8μm的金属缓冲层，所述金属缓冲层的材料为热膨胀系数介于所述基板与所述电子发射体阵列之间的金属或金属化合物。

所述金属缓冲层的材料为热膨胀系数介于所述基板与所述电子发射体阵列之间的金属或金属化合物。这样，便可提高基板与电子发射体阵列之间的热膨胀系数匹配度，从而改善基板与电子发射体阵列间发生形变而使接触面不均匀，接触电阻增大的现象，最终提高电子发射体阵列的电子发射效率和使用寿命。

优选地，所述金属缓冲层的材料为浅色金属或金属化合物。采用浅色金属有利于提高场发射阴极的正向出光效率。

更优选地，所述金属缓冲层的材料为金属铬、钛、铂或其化合物。所述铬的热膨胀系数为6.2×10^-6m/K，所述钛的热膨胀系数为10.8×10^-6m/K，所述铂的热膨胀系数为9.0×10^-6m/K。

优选地，所述金属缓冲层的厚度为0.5~0.6μm。

优选地，所述金属或金属化合物的颗粒尺寸为8~15nm。

所述基板可以为目前现有技术普遍使用的绝缘基板。优选地，所述基板为硅片、陶瓷或玻璃。所述硅片基板的热膨胀系数为3.0×10^-6m/K，所述陶瓷基板的热膨胀系数为9.0×10^-6m/K，所述玻璃基板的热膨胀系数为4.5×10^-6m/K。

所述导电薄膜可以为氧化铟锡薄膜、具有导电性能的金属或金属氧化物薄膜。优选地，所述导电薄膜为氧化铟锡薄膜。

优选地，所述导电薄膜的厚度为10~100nm。

优选地，所述电子发射体阵列为ZnO纳米棒阵列或碳纳米管阵列。所述ZnO纳米棒的热膨胀系数为3.3~3.8×10^-6m/K，所述碳纳米管的热膨胀系数为0.1×10^-6m/K。但由于生长碳纳米管时，通常与导电薄膜接触的是催化剂层（镍层或钴层，镍的热膨胀系数为11×10^-6m/K，钴的热膨胀系数为12×10^-6m/K），因此，当电子发射体阵列为碳纳米管阵列时，金属缓冲层的材料根据金属的热膨胀系数优选为钛或铂。所述钛的热膨胀系数为10.8×10^-6m/K，所述铂的热膨胀系数为9.0×10^-6m/K。

本发明对电子发射体阵列的高度、每个电子发射体的直径大小和相邻两个电子发射体之间的间隔没有特殊限制。优选地，所述电子发射体阵列的高度为5~10μm。优选地，所述电子发射体阵列的形状为圆柱形，长径比为5：1。