本发明专利技术公开了一种复合型场发射阴极发射源及其制备方法，将材料低功函数的特性优势和微纳尖端结构大的场增强因子优势相结合，提出了在金属微纳尖锥结构和碳纳米管或碳纳米纤维结构表面，包覆沉积一层低功函数氧化物，形成新型的场发射阴极发射源。金属微纳尖锥的加工方法比较成熟，器件结构具备很高的稳定性和实用性；碳纳米管或碳纳米纤维是一种理想的一维纳米材料，有很大的长径比，耐高温，其作为阴极结构材料制备工艺简单，已经实现了各种成熟的阴极微纳结构。在此类微纳尖端模板上，包裹积一层稳定的30‑250nm厚度的MgO、SrO、BaO、CaO、MgCaO、SrCaO等氧化物材料，从而实现具有更低开启电压和更高发射电流密度的场发射阴极。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种场发射阴极及制备方法，特别涉及一种微纳结构的复合型场发射阴极，属于真空电子器件及微纳米加工制备和应用
技术介绍
真空电子系统的最基本部分是电子源。实际的例子很多，例如阴极射线管、显示器、微波放大器以及扫描电子显微镜等。人们已经开发出了多种使电子从物质中发射出来的技术，例如热电子发射、场致电子发射、光电子发射以及自释电子发射等(Modinors.A,Field,therminonic,andsecondaryelectronemissionspectroscopy.1984,NewYork.)。在热电子发射过程中，电子源需要被加热到很高的温度(约1000摄氏度)，以使自由电子具有足够的能量来克服表面势垒的束缚，从表面发射出去。热电子发射是一种简单并且得到实践证实的技术。然而，由于其高温工作环境，具有热电子源的电子器件因为需要额外构造加热和散热结构，体积一般比较大。另外，高温工作过程中,其辐射能量损失也比较大，所以它的电子发射效率并不高。其它缺点还包括：发射器的钝化、热膨胀引起的尺寸变化和由于释放气体导致的真空退化等缺点。场致发射是与热电子发射完全不同的电子发射技术，场致发射不需要在高温环境中进行，室温环境下就可以。因此，与热电子源相比，采用场致发射源的电子器件能够做得更小和更轻便。与所有电子发射方式相比，场致发射是唯一一种电子不需要额外获取能量就能进行发射的技术。场致发射能够产生极高的电流密度(在场致发射区可达到107A/cm2,并且场致发射电子的能量扩散比较小。当用形状尖锐的阴极进行场致发射时，产生(场致发射)电流所需要的宏观电场降只需几伏每微米就已经足够了。因此在众多产生电子的方法中，场致发射被认为是最好的选择之一。最早出现的是微纳尖锥场发射结构，用微机械加工微型针尖的形式发展了非常尖锐的场致发射微结构，这种金属微纳尖锥场发射方法经过多年的研究，技术上相对比较成熟。但这种结构的开启电压较大，一般在10V/μm以上。碳纳米管(CNT)由于其良好的导电、机械及半导体性能，成为场致发射研究的热点(MSJung,HYJung,JSSuh.Horizontallyalignedcarbonnanotubefieldemittershavingalongtermstability.Carbon.2007.45(15).2917-2921；LZhu,YSun,DWHess,etal.Well-alignedopen-endedcarbonnanotubearchitectures:anapproachfordeviceassembly.NanoLetter.2006.6(2).243-247；CKlinke,EDelvigne,JVBarth,etal.Enhancedfieldemissionfrommultiwallcarbonnanotubefilmsbysecondarygrowth.JournalofphysicalchemistryB.2005.109(46).21677-21680)。其具有相对较低的开启电压，可以达到1V/μm左右，根据阴极制作方法的不同而不同。传统的CNT场发射阴极制备方法有直接生长法和丝网印刷法，前者CNT方向性好，密度高，引入杂质少；后者适合于规模化生产，工艺简单效率高，密度高。除此之外，复合电镀或复合化学镀的方法也是近些年来发展起来的CNT场发射阴极制备方法(MinDeng,GuifuDing,YanWang,etal.FabricationofNi-matrixcarbonnanotubefieldemittersusingcompositeelectroplatingandmicromachining.Carbon.2009.47.3466-3471；Yih-MingLiu,YuhSung,Yann-ChengChen,etal.AmethodtofabricatefieldemittersusingelectrolesscodepositedcompositeofMWNTsandNickel.Electrochemicalandsolid-stateletters.2007.10(9).J101-J104；LYWang,JPTu,WXChen,etal.FrictionandwearbehaviorofelectrolessNi-basedCNTcompositecoatings.Wear.2003.254.1289-1293)，此类方法可以使CNT和金属电极直接结合甚至嵌入其中，具有很好的结合力和更低的开启电压。另外电泳法可以通过控制CNT的分散性、密度、排列方向等制备出具有较高发射电流密度的CNT阴极(StephenLQuale,JanBTalbot.Electrophoreticdepositionofsubstrate-normal-orientedsingle-walledcarbonnanotubestructures.Journaloftheelectrochemicalsociety.2007.154(8).K25-K28；Sung-KyoungKim,HaiwonLee,HirofumiTanaka,etal.Verticalalignmentofsingle-walledcarbonnanotubefilmsformedbyelectrophoreticdeposition.Langmuir.2008.24.12936-12942；HitoshiOgihara,MasaruFukasawa,TetsuoSaji.Fabricationofpatternedcarbonnanotubethinfilmsusingelectrophoreticdepositionandultrasonicradiation.Carbon.2011.49.4595-4607；RuiPeng.Designandcharacterizationofamulti-beammicro-CTscannerbasedoncarbonnanotubefieldemissionX-raytechnology.DissertationsubmittedtotheUniversityofNorthCarolina.2010)。在场致发射技术中，在固体和真空界面加上一电场，使固体的能带结构弯曲，在固体表面的势垒高度降低并减薄后，大量电子就可以穿过加电场后变化了的固体势垒或者越过势垒顶部，形成发射电流，对于场发射电流密度，通过简化的Fowler-No本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合型场发射阴极发射源，其特征在于：包括底电极、覆盖于其上的微纳尖端结构、覆盖包裹于微纳结构的氧化物，所述的底电极为金属类或半导体类的基底，所述的微纳结构为基于碳材料的碳纳米管或碳纳米纤维、基于各类良导体金属的微纳尖锥结构。
【技术特征摘要】
1.一种复合型场发射阴极发射源，其特征在于：包括底电极、覆盖于其上
的微纳尖端结构、覆盖包裹于微纳结构的氧化物，所述的底电极为金属类或半导
体类的基底，
所述的微纳结构为基于碳材料的碳纳米管或碳纳米纤维、基于各类良导体金属的
微纳尖锥结构。
2.如权利要求1所述的一种复合型场发射阴极发射源，其特征在于：所述
微纳结构与基底良好的电接触，是指下列两情况中的任何一种：(1)基底之上沉
积金属层，金属层表面再加工出微纳金属结构；(2)基底之上沉积金属层，金属
层之上沉积CNT或CNF，它们与金属基底通过导电的粘附层连接形成良好附着
力和电接触，或共沉积CNT/CNF与金属，形成CNT/CNF镶嵌于所沉积金属之
中。
3.如权利要求1或2所述的一种复合型场发射阴极发射源，其特征在于：
所述氧化物，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘启发，张洋，丁梦雪，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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