使用改进的碳薄膜的场发射器件制造技术

一种用于场发射阴极的碳膜（７０３），是在衬底（８０３）上的碳膜薄层。该碳膜在１５７８～１６２０ｃｍ＃＋［－１］的范围内有一最大高度１／２处的全宽度为２５～１６５ｃｍ＃＋［－１］的紫外喇曼带。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及场发射器件，更具体地涉及具有一定特性的场发射碳膜。场发射器件在要求更简单更高效的场发射系统如平板显示或其它类型的显示系统中应用前景广阔。采用扁平阴极的场发射器件优于需要微触点型结构的阴极。因此，在该领域需要一种可在这种扁平阴极上实际应用的更好的更有效的场发射材料。本专利技术提供一种用于制造扁平阴极的场发射薄膜，该薄膜具有一定的物理特性。采用244纳米(nm)和2～7毫瓦(mW)的激发源，在1100～1850cm-1的波数范围内，该碳膜在1578～1620cm-1的区域内有明显的紫外(UV)喇曼带(Raman band)，且在其最大高度的1/2处的全宽度(FWHM)为25～165cm-1。在1318～1340cm-1的区域还会有另一不太显著的谱线，其FWHM至少为18cm-1。而且，有时在1360～1420cm-1之间还会有一个宽带(FWHM＞180cm-1)。该宽带可能表现为1580cm-1附近的分离的带或激发线的平台。在可见喇曼光谱中，这些膜具有分别在约1350cm-1和1580cm-1处的碳D/G对。该碳膜可能比300纳米还薄。有该膜淀积在其上的衬底可以是导电的，也可以是不导电的。在非导电衬底的情况下，该衬底可用连续的导电层或导电材料的细网格覆盖。该碳层可通过化学汽相淀积、物理汽相淀积、电解、印刷或涂刷形成。该膜可以是连续的，也可以是不连续的，是粒径尺寸小于300nm的颗粒的紧密排列。以上相当简略地描述了本专利技术了的特征和技术优点，以便使得下面的专利技术详述更容易理解。下面还要详述本专利技术的其它特征和优点，这一切都构成本专利技术的权利要求部分的主题。为了更详尽完整地理解本专利技术及其优点，要参照下列附图进行详述，其中附图说明图1示出本专利技术的阴极样品的UV喇曼光谱；图2示出本专利技术的另一阴极样品的UV喇曼光谱；图3示出本专利技术的另一阴极样品的另一UV喇曼光谱；图4示出其UV喇曼光谱示于图1的发射碳膜的荧光屏图像；图5示出其UV喇曼光谱示出图2的发射碳膜的荧光屏图像；图6示出其UV喇曼光谱示出图3的发射碳膜的荧光屏图像；图7示出与本专利技术结合的场发射器件；图8示出用来淀积本专利技术的碳膜的装置；图9示出现有技术中的DLC膜的喇曼光谱；图10～12分别出示图1～3中示出的样品阴极的可见喇曼光谱。下面的详尽描述将提供一个对本专利技术的透彻的理解。但是，显而易见，对本领域技术人员来说没有这些细节也可以实施本专利技术。在另一些情况下，以框图形式表示公知的电路，以避免因不必要的细节而使本专利技术更不易理解。在大多数部分，与时间有关的考虑都省略了，因为这些细节对完整地了解本专利技术并不需要，而且也在相关领域技术人员的公知知识之内。参照图7，示出了用根据本专利技术的碳膜703制造的场发射器件。在衬底701上淀积导电层702，再在其上淀积碳层703。阳极包括衬底704、导电层705和荧光层706，该衬底704可以是玻璃衬底，该导电层705可是以铟锡氧化物，该荧光层706用来接收碳层703发射的电子。响应于阳极和阴极之间的适当电场，从碳层703发出电子。图7的装置表示为两极结构，但也可以包括一个或多个栅极。该装置可用来制造场发射光源或可矩阵寻址的彩色显示器。对于这些结构的进一步讨论，请参见US No.5,449,970和No.5,548,185，它们在此引作参考。参见图8，可用白热丝支持的化学汽相沉积(CVD)工艺淀积碳层703。将衬底803(其上可以淀积有导电层702)置于CVD反应室802中的夹具801上。向反应室802流入氢气805约少于10分钟。然后向反应室802流入氢气805和甲烷806的混合气约少于1小时，在该混合气中甲烷少于50％。再向反应室805中流入另一氢气805和甲烷806的混合气约少于2小时，该混合气中的甲烷含量比上一步骤更低。然后在CVD反应室802中流入氢气805少于15分钟。在上述气流中也可含有少量的氧、氮或硼掺杂。灯丝804的温度设为1600～2400℃之间，衬底803的温度设为600～1000℃之间。淀积压力为5～300乇。由该工艺得到的碳膜与现有技术中的类金刚石碳或CVD金刚石膜相比，具有更好的发射性能。对用上述方式得到的三个碳膜样品测量了UV喇曼光谱。采用244nm和2～7mW的激发源，在1100～1850cm-1的频段，以上述方式制得的碳膜在1578～1620cm-1的区域有显著的UV喇曼带，且其FWHM为25～165cm-1。在1318～1340cm-1的区域还会有另一不太显著的谱线，其FWHM大于18cm-1。在1360～1420cm-1之间有时还会有一个FWHM大于180cm-1的带。虽然上述碳层是用白热丝支持的CVD工艺淀积而成的，该碳层还可用物理汽相淀积、电解、印刷或刷涂来形成。该碳膜可以是连续的，也可以是不连续的，可以是尺寸小于300nm的颗粒的紧密排列。如上所述，以上述方式淀积三个碳膜试样。第一试样的喇曼光谱示于图1，在1580.8cm-1具有显著的UV喇曼带，半高度FWHM为89.7cm-1。在1329.7cm-1还有一个FWHM为24.6cm-1的不太显著的谱线。测量了第二个碳膜样品的UV喇曼光谱，示于图2。该试样在1583.4cm-1处有-FWHM为45.3cm-1的UV喇曼带。测量了第三个碳膜样品的UV喇曼光谱，示于图3。该碳层在1612.2cm-1处有-FWHM为77cm-1的显著的UV喇曼带。该膜在1408cm-1处还具有一平台。图4～6分别示出图1～3的碳膜样品的荧光屏图像的照片。这些荧光屏图象用与图7所示相似的场发射器件生成。图4的荧光屏图像对应于图1所示的喇曼光谱，是在5.3伏/微米的电场中生成的。图5的荧光屏图像对应于图2所示的喇曼光谱，是在6.3伏/微米的电场中产生的。图6的荧光屏图像对应于图3所示的喇曼光谱，是在5.7伏/微米的电场中产生的。本专利技术的碳膜很薄(＜300nm)，且包括有无定形的高度无序的石墨碳和一些随机的有序SP3键合碳在一定范围内的混合物。这些膜中的有序SP3键合碳(即金刚石结构)的含量如此之小，以至于在普通的仪器操作条件下，在约1332cm-1处的其特征喇曼激发线在多数情况下不出现，或与SP2键合碳的谱线相比非常地不明显，虽然对于金刚石/石墨碳的原子比，UV喇曼光谱比常规可见喇曼光谱敏感25倍(见图1～3)。从FWHM和喇曼线的频移(见图1)来看，有序SP3碳的畴大小可能小于60埃。这些膜中SP3键，尤其是无定形SP3的存在，常常是从约1580cm-1处的典型SP2碳激发线的上频移和/或在下频移侧的平台推出的，如图3所示。当1580cm-1线不是太强时，该平台有时表现为1360～1410cm-1之间的FWHM大于180cm-1的宽带。在一些膜中，在几乎是典型的石墨碳谱线上有一微小的上频移并出现加宽，表明在膜中有一小量的SP3键合碳和更大量的石墨碳结构(见图2)。图10～12分别示出图1～3的各样品的可见喇曼光谱。可见喇曼光谱是由514.5nm和10mW的激发源产生的。三个喇曼光谱都清楚地表明在约1650cm-1(D峰)和1580cm-1(G峰)处有D/G对的峰。通常，本专利技术的碳膜的D峰在1340～1380cm-1之间，而G峰在1578～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场发射器件，该器件包括在衬底上的碳膜层，其中该碳膜在１５７８～１６２０ｃｍ↑［－１］的范围内有紫外喇曼带，且该紫外喇曼带的最大高度的１／２处的全宽度（ＦＷＨＭ）为２５～１６５ｃｍ↑［－１］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1997-8-13 08/910,6041.一种场发射器件，该器件包括在衬底上的碳膜层，其中该碳膜在1578～1620cm-1的范围内有紫外喇曼带，且该紫外喇曼带的最大高度的1/2处的全宽度(FWHM)为25～165cm-1。2.如权利要求1所术的场发射器件，其中所述紫外喇曼带在1360～1420cm-1之间有一FWHM大于180cm-1的平台或宽带。3.如权利要求1所述的场发射器件，其中所述碳膜在1318～1340cm-1的范围内有一FWHM大于18cm-1的第二紫外喇曼带，且该第二紫外喇曼带的强度低于权利要求1中所述的紫外喇曼带。4.如权利要求1所述的场发射器件，其中所述碳膜的厚度小于300nm。5.如权利要求1所述的场发射器件，其中所述碳膜在可见喇曼光谱中约1350cm-1和1580c...

【专利技术属性】
技术研发人员：志丹李特尔，
申请(专利权)人：毫微专卖股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]