專利名稱：場發射陰極的制作方法
技術領域：
本發明屬于真空平面電子發射型顯示器件的技術領域，特別涉及一種平面型場發射陰極的技術領域。
背景技術：
場發射陰極包括微尖型、金剛石薄膜型、碳納米管型、金屬-絕緣層-金屬型和金屬-絕緣層-半導體層-金屬型等結構。其中與本發明較為接近的是MISM結構。
在現有技術中的各種MISM結構中，金屬下電極一般采用鋁、鎳、鉬等，上電極采用金、鉑、鋁等，絕緣層采用五氧化二鉭或三氧化二鋁，半導體層一般采用硫化鋅；在上述結構中，半導體層的作用是增加電子在其中的動能，以期達到較大的電子發射。這就要求絕緣層必須有較大的介電常數和相當強的擊穿場強，才能把足夠大的能量施加在電子上，使電子獲得相當的能量，在經過散射之后仍能越過表面勢壘穿過上電極成為發射電子；而目前的單層絕緣層結構介電常數較小、擊穿場強較弱，很難把足夠大的能量施加在電子上，使場發射陰極產生足夠的發射電流。
發明內容
針對上述現有技術中存在的缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種能克服已有MIM和MISM陰極的缺點，達到滿足大屏幕平板顯示器件所需要的發射電流，同時具有較低的器件電容，較長的使用壽命，以適應平板顯示器件的要求的場發射陰極。
為了解決上述技術問題，根據本發明的一個技術方案，提供的一種場發射陰極，它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的絕緣層為復合絕緣層，是由一層以上的介質絕緣薄膜復合而成，即由一層以上的介電常數、擊穿場強各優的介質絕緣薄膜組成；介質絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等薄膜；介質絕緣薄膜根據各自的特點可以采用蒸發、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；所述的復合絕緣層綜合了各層薄膜的優勢，根據各層薄膜電學性能的優劣復合成既有大的介電常數，又有高的電場擊穿強度的復合絕緣層；所述的上電極可以是單層金屬或半導體薄膜結構，也可以是雙層薄膜結構；其中雙層薄膜結構可以是金屬-金屬結構，其中下層金屬的功函數高于上層金屬的功函數；雙層薄膜結構也可以是金屬-半導體結構，其中下層金屬的功函數高于上層半導體的功函數；雙層薄膜結構還可以是半導體-半導體結構，其中下層半導體的功函數高于上層半導體的功函數；所述的上電極的下層是指上電極與電子傳輸層連接的薄膜層；所述的玻璃基板為帶有二氧化硅、三氧化二鋁或氮化硅等薄膜的離子隔離層的平板玻璃。
為了解決上述技術問題，根據本發明的另一個技術方案，提供的一種場發射陰極，它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的上電極可以是單層金屬或半導體薄膜結構，也可以是雙層薄膜結構；其中雙層薄膜結構可以是金屬-金屬結構，其中下層金屬的功函數高于上層金屬的功函數；雙層薄膜結構也可以是金屬-半導體結構，其中下層金屬的功函數高于上層半導體的功函數；雙層薄膜結構還可以是半導體-半導體結構，其中下層半導體的功函數高于上層半導體的功函數；所述的上電極的下層是指上電極與電子傳輸層連接的薄膜層；所述的玻璃基板為帶有離子隔離層的平板玻璃；離子隔離層可以是二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅等薄膜。
本發明提供的復合介質層的場發射陰極中，當上下電極間加正向電壓時，電子從上電極注入到復合絕緣層與電子傳輸層之間的表面態能級中；當施加反向電壓時，存儲在界面態能級中的電子會得到加速到達上電極，能量大的電子越過表面勢壘穿過上電極成為發射電子。由于絕緣層是幾種絕緣材料復合而成，有較高的耐壓性能和介電常數，能夠向電子提供足夠的能量；當電子進入上電極后，其中部分能量超過上電極真空能級勢壘的電子可以發射到真空中。如果上電極是由雙層薄膜組成，則在兩層之間形成接觸電場，當上層薄膜的功函數低于下層(即上電極與電子傳輸層連接的薄膜層)薄膜時，接觸電場起到加速電子的作用，能有效的提高電子發射量，所以本發明的場發射陰極的發射電流大，適合于在高亮度場發射平板顯示器件應用；另外本發明的場發射陰極中采用復合絕緣薄膜，其擊穿場強較高，使用壽命較長。
以下結合
對本發明的實施作進一步詳細描述。
圖1為本發明的場發射陰極的結構示意圖；圖2為本發明中的復合絕緣層的一種結構示意圖；圖3為本發明中的復合絕緣層的另一種結構示意圖；圖4為本發明中的復合絕緣層的又一種結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1至圖4所示，在本發明的一些實施例中，復合絕緣層的場發射陰極包括自下而上順序排列的基板玻璃5、下電極4、復合絕緣層3、電子傳輸層2和上電極1；其中，復合絕緣層3是由三層介電常數、擊穿場強各優的介質絕緣薄膜組成的；介質絕緣薄膜可采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態薄膜如在圖2的實施例中，復合絕緣層由自下而上的厚度為150納米的三氧化二鋁6、厚度為250納米的五氧化二鉭7和厚度為150納米的三氧化二鋁6三層介質絕緣薄膜組成；又如在圖3的實施例中，復合絕緣層由自下而上的厚度為150納米的三氧化二釔10、厚度為250納米的鈦酸鍶9和厚度為100納米的二氧化鉿8三層介質絕緣薄膜組成；再如在圖4的實施例中，復合絕緣層由自下而上的厚度為100納米的三氧化二鋁6、厚度為300納米的二氧化鋯11和厚度為100納米的五氧化二鉭7三層介質絕緣薄膜組成；上述各實施例中的介質絕緣薄膜根據各自的特點可以采用蒸發、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；綜上所述，本發明還能列舉出一層以上介質絕緣薄膜的許多種組合，這許多種組合的復合絕緣層能綜合各層薄膜的優勢，并根據各層薄膜電學性能的優劣復合成既有大的介電常數，又有高的電場擊穿強度的復合絕緣層。
在本發明的上述各個實施例中，所述的上電極可以是單層金屬或半導體薄膜結構，也可以是雙層薄膜結構；其中雙層薄膜結構可以是金屬-金屬結構，其中下層金屬的功函數高于上層金屬的功函數；雙層薄膜結構也可以是金屬-半導體結構，其中金屬的功函數高于半導體的功函數；雙層薄膜結構還可以是半導體-半導體結構，其中下層半導體的功函數高于上層半導體的功函數；在本發明的上述各個實施例中，下電極層結構較為簡單，能提供一定的電導，擁有與基板玻璃和薄膜的良好的附著力，同時還應具有引出封接時與玻璃、焊料的匹配封接保證氣密性。在本發明的上述各個實施例中，所述的玻璃基板為帶有離子隔離層的平板玻璃，離子隔離層是二氧化硅薄膜；而在本發明的其它實施例中，平板玻璃的離子隔離層也可以是三氧化二鋁、氮化硅等薄膜。
在本發明的另一個實施例中，場發射陰極包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層和上電極；其中，所述的上電極可以是單層金屬或半導體薄膜結構，也可以是雙層薄膜結構；其中雙層薄膜結構可以是金屬-金屬結構，其中下層金屬的功函數高于上層金屬的功函數；雙層薄膜結構也可以是金屬-半導體結構，其中金屬的功函數高于半導體的功函數；雙層薄膜結構還可以是半導體-半導體結構，其中下層半導體的功函數高于上層半導體的功函數；所述的玻璃基板為帶有三氧化二鋁薄膜的離子隔離層的平板玻璃；而在本發明的其它實施例中，平板玻璃的離子隔離層也可以是二氧化硅、氮化硅等薄膜。
在本發明的場發射陰極結構中，當上下電極間加正向電壓時，電子從上電極注入到復合絕緣層與電子傳輸層之間的表面態能級中；當施加反向電壓時，存儲在界面態能級上的電子會得到加速到達上電極，能量大的電子越過表面勢壘穿過上電極成為發射電子。由于絕緣層是幾種非晶態材料復合而成，有較高的耐壓性能和介電常數，能夠向電子提供足夠的能量。當電子進入上電極后，其中部分能量超過上電極真空能級勢壘的電子可以發射到真空中。如果上電極是由雙層薄膜組成，則在兩層之間形成接觸電場，當上層薄膜的功函數低于下層(即上電極與電子傳輸層連接的薄膜層)薄膜時，接觸電場起到加速電子的作用，能有效的提高電子發射量。
權利要求
1.一種場發射陰極，包括自下而上順序排列的基板玻璃(5)、下電極(4)、絕緣層(3)、電子傳輸層(2)、上電極(1)，其特征在于，所述的絕緣層(3)為復合絕緣層，是由一層以上的非結晶的介質絕緣薄膜組成。
2.根據權利要求1所述的場發射陰極，其特征是，所述的上電極(1)是單層半導體薄膜結構。
3.根據權利要求1所述的場發射陰極，其特征是，所述的上電極(1)是雙層薄膜結構。
4.根據權利要求3所述的場發射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結構的上電極是金屬-金屬結構，其中下層金屬的功函數高于上層金屬的功函數。
5.根據權利要求3所述的場發射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結構的上電極是金屬-半導體結構，其中下層金屬的功函數高于上層半導體的功函數。
6.根據權利要求3所述的場發射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結構的上電極是半導體-半導體結構，其中下層半導體的功函數高于上層半導體的功函數。
7.根據權利要求1至6中任何一項所述的場發射陰極，其特征是，所述的介質絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態薄膜。
8.根據權利要求7所述的場發射陰極，其特征是，所述的介質絕緣薄膜根據各自的特點采用蒸發、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式。
9.根據權利要求1至6中任何一項所述的場發射陰極，其特征是，所述的玻璃基板為帶有二氧化硅、三氧化二鋁或氮化硅等薄膜的離子隔離層的平板玻璃。
10.一種場發射陰極，包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的上電極是單層半導體薄膜結構或雙層薄膜結構。
全文摘要
本發明公開了一種場發射陰極，涉及平面顯示器的場發射陰極的技術領域；它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，該絕緣層為由一層以上的介質絕緣薄膜組成的復合絕緣層；介質絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態薄膜；介質絕緣薄膜根據各自的特點采用蒸發、濺射、溶膠－凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；該上電極可以是單層金屬或半導體薄膜結構，也可以是雙層薄膜結構；本發明的場發射陰極的發射電流大，適合于在高亮度場發射平板顯示器件應用；本發明的場發射陰極中采用復合非晶態薄膜，其擊穿場強較高，使用壽命較長。
文檔編號H01J29/04GK1790587SQ200410093159
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月17日 優先權日2004年12月17日
發明者王紅光, 劉逸忠 申請人:上海廣電電子股份有限公司