若干新型印刷型納米冷陰極陣列研制及其應用的探索研究.pdf

1、新型低維結構冷陰極材料具有優(yōu)異的場致電子發(fā)射性能，在場發(fā)射顯示器、場發(fā)射光源等真空微納電子器件領域中有著重要應用。而利用絲網印刷制作場發(fā)射冷陰極電子源，具有與工業(yè)化技術生產相兼容的突出優(yōu)勢，受到了研究者廣泛的關注。
　　 在總結冷陰極材料研究進展和絲網印刷冷陰極技術特點的基礎上，本博士論文期間首先研究了以半導體氧化鋅顆粒為基底材料的可印制碳納米管冷陰極的制備和特性等，包括其優(yōu)化燒結條件、后處理對改善場發(fā)射性能的可行性以及破壞現(xiàn)象

2、產生的機制等方面的探索。隨后發(fā)展了采用印刷法定位并通過低溫催化加熱生長氧化鋅納米線和納米尖針的技術，研究了其生長機理，以及該法制作的納米冷陰極的場發(fā)射性能等。最后，在研究可印制冷陰極的制備技術及其基本特性的基礎上，分別探索研究了將兩種納米冷陰極應用在不同的場發(fā)射器件中可行性。本論文的主要研究成果可概述如下：
　　 1.發(fā)展了一種新型的可印制碳納米管冷陰極。這種陰極漿料是以氧化鋅納米顆粒作為基底材料，以碳納米管為唯一的導電材料和場

3、發(fā)射材料。通過氣氛保護燒結和電場后處理，有效地改善了這種冷陰極的場發(fā)射性能，對應于10μA/cm2電流密度的典型開啟電場為5.1Mv/m，可以滿足場發(fā)射顯示器的基本要求。研究了可印制碳納米管冷陰極在場發(fā)射過程中的破壞現(xiàn)象。在實驗上觀察到可印制碳納米管陰極在場發(fā)射過程中的破壞現(xiàn)象，研究了陰極破壞現(xiàn)象與其內部微觀結構的聯(lián)系，探討了場發(fā)射過程中產生的熱效應引起的真空擊穿問題，解釋了由不同微觀結構引起的兩類破壞現(xiàn)象。
　　 2.探索研究

4、了可印制碳納米管冷陰極在場發(fā)射顯示器件中應用的可行性。采用絲網印刷法制作了5英寸二極結構160×120矩陣的場發(fā)射原理型顯示器件，在脈沖驅動模式下，成功地實現(xiàn)了行/列掃描及動態(tài)字符顯示，顯示器件表現(xiàn)出良好的均勻性和穩(wěn)定性。
　　 3.發(fā)明了一種可大面積制作的氧化鋅納米線/納米尖針冷陰極的技術。這種方法采用傳統(tǒng)的絲網印刷技術定位沉積氧化鋅，然后低溫催化加熱生長出氧化鋅納米線/納米尖針冷陰極。該法制作的納米冷陰極陣列具有可控性好、對

5、襯底類型依賴性低、對襯底的附著力強、場發(fā)射性能優(yōu)良和容易實現(xiàn)大面積制作等優(yōu)點，尤其是適用于在普通ITO玻璃襯底上的制作，是一種有應用前景的大面積冷陰極電子源陣列。進一步研究了印刷定域生長氧化鋅納米冷陰極的制備過程，提出了低溫催化加熱制備氧化鋅納米冷陰極的生長機理。還研究了可印制氧化鋅納米冷陰極的生長工藝條件、基本性能和改善方法。通過考察升溫速率、生長溫度、生長時間、有機物燒結、金催化劑等影響因素，得到優(yōu)化的制備工藝條件。
　　

6、4.研究了采用上述技術印制的氧化鋅納米線/納米尖針冷陰極的場發(fā)射性能和電學性能，提出了老化處理方法，獲得了良好的場發(fā)射性能，該法制作的氧化鋅納米線/納米尖針冷陰極具有較高的重復性，典型開啟電場為～7.0 MV/m，均勻性好。此外，還初步探索了在漿料中摻入CNT的改善方法，使得陰極場發(fā)射性能在一定程度上得到改善。
　　 5.探索研究了可印制氧化鋅納米/納米尖針冷陰極在場發(fā)射顯示器件中應用的可行性。采用絲網印刷法制作了氧化鋅納米/納