一种基于石墨烯的表面传导电子发射源制造技术

本发明专利技术涉及表面传导电子发射平板显示技术领域，特别是一种基于石墨烯的表面传导电子发射源，包括一基板和平行设置于所述基板表面上的两个电极，两个所述电极之间间隙及电极外旁侧设置有纳米材料层，两个所述电极或其中之一的上部设置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁侧或两旁侧向外延伸。本发明专利技术将表面传导型场发射结构与石墨烯的强电子发射性能及纳米材料阵列的二次电子发射性能有效结合，在本器件中石墨烯作为电子发射源，纳米材料阵列既作为表面电子传导层，又作为石墨烯的支撑体。该表面传导电子发射源工作电压低，电子发射效率高，发射稳定可靠，制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面传导电子发射平板显示
，特别是一种基于石墨烯的表面传导电子发射源。
技术介绍
表面传导电子发射显不器(Surface-conductionElectron-emitter Display,SED)是一种平面型的场发射阴极结构，作为一种性能优越的显示器，其制作工艺无需成本高昂、高精密度的半导体技术，可以在普通条件下制作；而且其所具有的表面传导发射体是一种平面场发射结构，发射性能稳定的多。表面传导电子发射现象的历史可以追溯到20世纪60年代初期，当时是由前苏联学者发现的，一般将其归类为薄膜场发射。SED的关键部分是下基板的制造，即表面传导场发射阴极，用来实现电子的表面传导发射，是SED研究的重点对象，决定SED的性能。佳能公司在材料和工艺上进行了改进，得到了稳定可靠的发射电流，进而研制出了可动态显示的显示器件，。佳能用氧化钯纳米粒子代替了氧化锡，用其擅长的喷墨技术将与有机溶剂混合的直径IOnm左右的氧化钯粒子均匀地分散在阴极和引出极之间IOym的缝隙上。经过高温烧结后，形成一层粒子薄膜。这种薄膜上会存在许多导电通道。在发射极和栅极之间施加高压脉冲，烧掉一些导电通道，形成宽度约IOnm的缝隙。在阴极和引出极之间施加的电压中，一个很大的比例落在这条缝隙上,其间的电场达到lV/nm以上，很容易实现场发射。该器件阴极和引出极之间电压为15V，电子发射效率为1%，图像质量接近CRT水平。然而传统的表面传导电子发射显示器的电子发射源制作存在以下问题 (I)电子发射的均匀性差阴极与栅极之间的纳米线缝隙是通过脉冲电压烧制而成，其位置和宽度存在一定的偶然性，及电子发射源之间存在较大的偏差。(2)电子发射效率低由于发射电子的间隙只有几个纳米的宽度，许多电子来不及被阳极电场提取就已经被栅极收集，这导致发射效率低。然而如果把该缝隙增加，发射电子需要更高的电压，这将增加驱动电路的复杂度。因此需要研究能克服上述缺点的电子发射源。作为场发射阴极材料，石墨烯拥有优良的场发射性能，具有较低的开启电场及阈值电场，拥有高场增强因子及高发射稳定性及均匀性。作为一种二维片状纳米结构，石墨烯容易平躺在电极表面而形成平行结构电子发射源。采用纳米材料层作为支撑结构，可以使石墨烯的边缘悬空，将获得更大的长增强因子，从而更有利于降低工作电压。通过采用具有强二次电子发射能力的纳米材料层，可进一步提供场发射电流密度，及提高电子发射效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯的表面传导电子发射源，该器件工作电压低，电子发射效率高，发射稳定可靠，工艺过程简单。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种基于石墨烯的表面传导电子发射源，包括一基板和平行设置于所述基板表面上的两个电极，两个所述电极之间间隙及电极外旁侧设置有纳米材料层，两个所述电极或其中之一的上部设置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁侧或两旁侧向外延伸。在本专利技术一实施例中，所述石墨烯薄膜元件一旁侧固定于所述电极上，另一旁侧向另一个电极方向延伸，并由所述纳米材料层支撑，所述纳米材料层既作为所述石墨烯薄膜元件的支撑体，又作为二次电子发射源。在本专利技术另一实施例中，所述石墨烯薄膜元件中部固定于所述电极上，两旁侧分别向两侧纳米材料层方向延伸，并由所述纳米材料层支撑，所述纳米材料层既作为所述石墨烯薄膜元件的支撑体，又作为二次电子发射源。 本专利技术的有益效果是将表面传导型场发射结构与石墨烯的强电子发射性能及纳米材料阵列的二次电子发射性能有效结合，利用石墨烯作为场致电子发射材料，纳米材料层既作为石墨烯的支撑体又作为表面传导发射材料。当向栅极施加一个足够大的正电压时，阴极与栅极之间形成一个电场，由于悬空石墨烯的高场增强因子，其尖端将形成强的电场。因此阴极表面的石墨烯将出现场致电子发射，该发射电子被栅极电场吸引而向栅极运动。在本专利技术中阴栅间隙为几个微米，飞行电子有足够的时间和空间与阴栅间的纳米材料碰撞，从而产生大量的二次电子发射。该部分二次电子被阳极电场吸引而被阳极收集，这有利于电子发射效率的提高。与现有技术相比，该表面传导电子发射源可通过丝网印刷与光刻工艺等现有的简单工艺制备，因而工艺过程简单，成本低。附图说明图I是本专利技术第一实施例的表面传导电子发射源的剖视示意图。图2是本专利技术第一实施例的表面传导电子发射源的俯视示意图。图3是本专利技术第二实施例的表面传导电子发射源的剖视示意图。图4是本专利技术第二实施例的表面传导电子发射源的俯视示意图。图5是本专利技术第三实施例的表面传导电子发射源的剖视示意图。图6是本专利技术第三实施例的表面传导电子发射源的俯视示意图。图7是本专利技术第一实施例的表面传导电子发射源的制备方法的流程示意图。图8至图11是本专利技术第一实施例的表面传导电子发射源处于制备各个阶段的结构示意图。图12是本专利技术采用锯齿状石墨烯薄膜的表面传导电子发射源的俯视示意图。图中，110——基板；121——电极一；122——电极二；123——纳米材料层；130——石墨烯薄膜。具体实施例方式下面结合附图及实施例具体说明本专利技术一种基于石墨烯的表面传导电子发射源。本专利技术提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了表达清晰放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。本专利技术一种基于石墨烯的表面传导电子发射源，包括一基板和平行设置于所述基板表面上的两个电极，两个所述电极之间间隙及电极外旁侧设置有纳米材料层，两个所述电极或其中之一的上部设置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁侧或两旁侧向外延伸，所述石墨烯薄膜元件平行于基板。图I、图2分别为本专利技术第一实施例的表面传导电子发射源的剖视图及俯视图。如图中所示，只有其中一 个电极的上部设置有石墨烯薄膜元件。图3、图4分别为本专利技术第二实施例的表面传导电子发射源的剖视图及俯视图。如图中所示，两个电极的上部均设置有石墨烯薄膜元件。在本专利技术第一实施例中，如图1、2所示，所述石墨烯薄膜元件中部固定于所述电极上，两旁侧分别向两侧纳米材料层方向延伸，并由所述纳米材料层支撑，所述纳米材料层既作为所述石墨烯薄膜元件的支撑体，又作为二次电子发射源。在本专利技术第三实施例中，如图5、6所示，所述石墨烯薄膜元件一旁侧固定于所述电极上，另一旁侧向另一个电极方向延伸，并由所述纳米材料层支撑，所述纳米材料层既作为所述石墨烯薄膜元件的支撑体，又作为二次电子发射源。在本专利技术较佳实施例中，两个所述电极之间间隙的宽度为10微米至100微米。设于所述电极上部的石墨烯薄膜元件与另外一个电极或设于另外一个电极上部的石墨烯薄膜元件之间具有一定的间距。在本专利技术较佳实施例中，上述石墨烯薄膜元件为石墨烯薄膜或氧化石墨烯薄膜，上述纳米材料层为纳米材料阵列，其结构可以为纳米线阵列、纳米棒阵列、纳米锥阵列或纳米球阵列。所述纳米材料阵列可以具有二次电子发射能力，又或者所述纳米材料阵列表面涂覆具有二次电子发射性能的薄膜。本专利技术第一实施例所提供的表面传导电子发射源的制备方法，如图7所示，包括下列步骤 步骤一，参照图8,在基板110表面形成电极121和电极122,本专利技术第一实施例优选米用感光银浆电极，其具体过程包括 Ca)感光银浆的旋涂。利用旋涂工艺将感光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的表面传导电子发射源，包括一基板和平行设置于所述基板表面上的两个电极，其特征在于：两个所述电极之间间隙及电极外旁侧设置有纳米材料层，两个所述电极或其中之一的上部设置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁侧或两旁侧向外延伸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李福山，郭太良，吴朝兴，张永志，寇丽杰，张蓓蓓，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：