可印制碳納米管復(fù)合材料冷陰極場(chǎng)發(fā)射特性及其后處理研究.pdf

1、場(chǎng)發(fā)射平板顯示器(FED)是目前在研的，且唯一能保持傳統(tǒng)陰極射線管(CRT)高顯示質(zhì)量的新型平板顯示技術(shù)，因而受到人們的廣泛關(guān)注。其中，基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的碳納米管(CNT)場(chǎng)發(fā)射平板顯示器因制備工藝簡(jiǎn)單、發(fā)射穩(wěn)定而成為平板顯示領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本博士論文在總結(jié)場(chǎng)發(fā)射技術(shù)進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以可印制碳納米管復(fù)合材料冷陰極電子源為研究對(duì)象，對(duì)新型可印制碳納米管陰極漿料的配制，新印制成的陰極的電學(xué)特性、場(chǎng)發(fā)射特性、后處理方法以及相關(guān)場(chǎng)致發(fā)射機(jī)理進(jìn)

2、行了系統(tǒng)研究。主要研究工作及成果概括如下： 1.優(yōu)化了一種可印制碳納米管陰極漿料。通過(guò)漿料組成及比例的優(yōu)化，解決了該漿料存在的易干、不易保存、碳納米管分散不均勻等問(wèn)題。優(yōu)化后的陰極漿料適合于絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳納米管復(fù)合材料冷陰極，滿足高分辨率場(chǎng)發(fā)射平板顯示器件的制備要求。 2.優(yōu)化了碳納米管復(fù)合材料冷陰極與襯底的接觸結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的陰極在襯底上有良好的附著力，且陰極導(dǎo)電性良好。因此，在陰極制備中，無(wú)需印刷Ag漿過(guò)渡層，簡(jiǎn)化

3、制備工藝后陰極的場(chǎng)發(fā)射特性較之以前更好。 3.研究了碳納米管復(fù)合材料冷陰極中碳納米管含量和陰極厚度對(duì)陰極微結(jié)構(gòu)、陰極導(dǎo)電性及陰極場(chǎng)發(fā)射特性的影響，建立了陰極場(chǎng)發(fā)射模型，討論了相關(guān)場(chǎng)發(fā)射機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，陰極中碳納米管含量的增加有助于陰極導(dǎo)電性和場(chǎng)發(fā)射特性的提高，但過(guò)高的碳管含量會(huì)使得場(chǎng)發(fā)射過(guò)程中碳管問(wèn)出現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致陰極的場(chǎng)發(fā)射特性反而降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，得到了具有最優(yōu)化CNT含量(=17﹪)的陰極，該陰極具有較低的電阻和良

4、好的綜合場(chǎng)發(fā)射特性，開(kāi)啟電場(chǎng)約為4V/μm，且發(fā)射電流穩(wěn)定，發(fā)射址均勻。對(duì)陰極厚度的研究發(fā)現(xiàn)，陰極厚度的增加會(huì)導(dǎo)致電子傳輸過(guò)程中勢(shì)壘增加，不利于陰極的場(chǎng)致電子發(fā)射。 4.針對(duì)碳納米管復(fù)合材料冷陰極組成結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了等離子選擇性刻蝕后處理方法。該方法能有效地去除覆蓋或包裹在碳納米管表面的粘結(jié)材料，使陰極內(nèi)部大量的碳納米管暴露出來(lái)成為新的電子源。并且從反應(yīng)等離子刻蝕系統(tǒng)(RIE)的工藝參數(shù)著手，研究了RIE系統(tǒng)中反應(yīng)氣體壓強(qiáng)、射

5、頻功率和自偏壓三者對(duì)陰極顯微結(jié)構(gòu)及場(chǎng)發(fā)射特性的影響，最終確定了合適的RIE刻蝕工藝條件，實(shí)現(xiàn)了陰極的可控后處理。 5.在對(duì)粘結(jié)材料選擇性刻蝕處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了氫等離子體轟擊對(duì)陰極表面微結(jié)構(gòu)及其場(chǎng)發(fā)射特性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陰極表面微結(jié)構(gòu)在氫等離子體處理過(guò)程中發(fā)生改變，并討論了在陰極表面出現(xiàn)的特殊形態(tài)的碳納米管的形成機(jī)理，認(rèn)為氫等離子處理后CNT的電子發(fā)射變?yōu)橹饕獜墓鼙谏系募{米顆粒發(fā)射。 6.可印制碳納米管復(fù)合材料冷陰

6、極在FED器件中的應(yīng)用研究。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的支撐體及陽(yáng)極等制備工藝，完全采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備了4.5英寸二極結(jié)構(gòu)32×32矩陣場(chǎng)發(fā)射原理型器件。在直流驅(qū)動(dòng)模式下測(cè)試了不同單列、單點(diǎn)碳納米管復(fù)合材料冷陰極的場(chǎng)發(fā)射特性。在脈沖驅(qū)動(dòng)模式下成功地實(shí)現(xiàn)了行/列掃描及動(dòng)態(tài)字符顯示，器件表現(xiàn)出良好的均勻性和穩(wěn)定性。 總之，本博士學(xué)位論文對(duì)可印制碳納米管陰極漿料以及由此漿料制備的碳納米管復(fù)合材料冷陰極的場(chǎng)發(fā)射特性和相關(guān)后處理技術(shù)進(jìn)行了深入的研