[发明专利]基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构及制造方法

说明书

技术领域

    本发明属于真空电子技术领域，涉及平板显示领域，特别是一种基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构及制造方法。

背景技术

场发射显示器（Field Emission Display, FED）是利用背面基板的阴极发射电子，轰击前基板的荧光层而发光的一种新型器件，是平板显示与真空微电子学相结合的产物。FED被认为是最有可能与等离子体显示器（PDP）和液晶显示器（LCD）相竞争的平板显示器，兼备了阴极射线管显示器（CRT）与LCD两者的优点，具有响应速度快、宽视角、亮度高、分辨率高、色彩再现性好、耐高低温、抗振动冲击、电磁辐射极微、生产成本低等优势，拥有广阔的市场和很好的应用前景，有望成为新一代理想的平面显示器。

根据场发射阴极的材料和结构，FED可分为几大类。金属材料场发射阵列采用足够尖的微尖，对设备工艺要求很高，由于发射电流密度低、成本高，所以在大屏幕显示方面很少用此技术。硅场致发射材料存在发射阈值电压较高，导电、导热性能较差，发射电流不稳定，易受污染等问题。碳纳米管（CNT）因其极高的强度、韧性和优异的导电性能，受到场发射领域广泛关注。CNT发射尖端的取向和发射位置分布密度直接影响场发射均匀性和稳定性。但由于目前制备和加工技术的限制，无论是原位生长法还是后期布放工艺，均难以有效实现垂直取向、均匀分散的碳纳米构造。因此，大部分尖端不能指向阳极，且发射尖端的分布密度也不易控制，导致其发射均匀性、稳定性较差。

综上所述，有必要研发一种能克服上述缺点的低成本电子发射源。本发明引入模板调制阴极结构的理念，提出了解决场发射性能不可控问题的新思路。

发明内容

    本发明目的在于提供一种基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构，利用海胆型镍粒子模板调控场发射阴极的取向和分布密度，通过在模板上包覆纳米材料以提高场发射性能。该阴极结构具有制备工艺简单，电子发射均匀、稳定、可靠，易实现大面积场应用等特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构，其特征在于：该场发射阴极结构包括：

基板；

底电极层，设置于所述基板上，以及

海胆型镍粒子，设置于所述金属底电极层上并作为模板；所述的模板表面覆盖有纳米材料。

在本发明一实施例中，所述的海胆型镍粒子有内外层两层结构，外层为镍纳米锥，该镍纳米锥呈辐射状分布在内层结构表面。

在本发明一实施例中，所述海胆型镍粒子通过水热法制备，其表面纳米锥的数量和形貌能通过改变化学合成参数进行控制。

在本发明一实施例中，所述镍粒子尺寸为0.3-15 μm，所述纳米锥的锥点间距为0.05-2 μm。

在本发明一实施例中，所述纳米材料为原位热氧化制备的氧化镍纳米薄膜。

在本发明一实施例中，所述纳米材料为在镍表面低温生长的薄层石墨烯。 

在本发明一实施例中，所述纳米材料为用低逸出功氧化物薄膜或纳米结构。

在本发明一实施例中，所述纳米材料为金属纳米颗粒。

本发明的另一目的是提供一种基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构的制造方法，该方法包括以下步骤：

   （1）在基板上制备底电极层；

（2）采用水热法制备镍粒子；并采用印刷或喷涂工艺，将镍微子布放在所述底电极层上作为模板；

（3）将步骤（2）所制备的样品在大气氛围内加热，升温速率1-10℃/s，到250-350℃保持1-30 min，迅速冷却至室温，在所述模板表面氧化形成氧化镍薄层作为电子发射材料。

本发明的另一目的是提供一种基于海胆型镍粒子模板的场发射阴极结构的制造方法，该方法的特征在于包括以下步骤：

（1）在基板上制备底电极层；

（2）采用水热法制备镍粒子；并采用印刷或喷涂工艺，将镍粒子布放在所述底电极层上作为模板；

（3）在模板表面通过蒸发镀膜、溅射镀膜、化学气相沉积或者电化学沉积方法形成电子发射材料，该电子发射材料为纳米材料。

本发明的显著优点在于：

（1）海胆型镍粒子表面具有辐射状分布的纳米锥，作为支撑发射材料的模板，无论以何种方式布放在底电极层上，具有较多尖锥指向阳极，保证场发射阴极结构具有良好的取向。

（2）镍粒子表面的纳米锥数量和几何结构可调控，因此可以对发射点分布密度进行调控。

（3）模板表面覆盖的电子发射材料使开启电场小，发射电子更稳定、均匀。