專利名稱：一種場發射陰極的處理方法
技術領域：
本發明屬于場發射陰極領域，特別涉及一種場發射陰極的制備方法。
背景技術：
FED顯示器件面臨的主要困難除了真空封裝等問題外，均來自于陰極制作工藝。控制場發射的均勻性和穩定性、降低驅動電路成本等難點都直接受FED陰極材料和結構的制約。Spindt型器件要求在一個像素點大小范圍內制作成百上千的“尖錐加圓孔”陰極陣列。這使光刻工藝和薄膜制備十分復雜，制作成本也非常昂貴。陰極制作工藝的難題也造成了尖錐陣列形狀的均勻性較差，器件整體穩定性不理想，導致Spindt型FED的進一步發展非常困難。金屬材料場發射閨值電壓較高,容易被氧化而影響發射穩定性；Spindt型Mo金屬微尖陣列技術難度高、設備昂貴、工藝復雜；Si場發射微尖陣列是由于制備微尖工藝的復雜性和大面積制作的困難；單晶金剛石薄膜制備難度大、成本高；多晶金剛石、納米晶金剛石以及類金剛石難獲得大面積、均勻性良好的薄膜，而且電子發射點的均勻性及穩定性、可靠性等也存在問題；碳納米管主要困難在于如何解決電子發射的穩定性和均勻性以及陰極結構的組裝等問題。所以近年來，場發射研究工作者們一直致力于尋找一種場發射性能優越的新材料。目前，研究者們的注意力集中在寬帶隙半導體材料上。這是因為寬帶隙半導體材料具有成為良好的場發射陰極材料的獨特性質，而且實驗上也不斷驗證了寬帶隙半導體材料確實比金屬具有更為優異的場發射特性。
發明內容
本發明提供一種InGaAlN納米線場發射陰極的制備方法，包括:先通過CVD的方法在沉積了一層Au的Si襯底上生長InGaAlN樣品；沉積Au薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si 襯底和高純金屬 Ga (99.999% ) 'Al (99.999% )和 In (99.999% )的鎢舟放入管式爐內的石英管中，順著氣流的方向依次放金屬In、金屬Ga、金屬鋁和Si襯底；Si襯底放置在氣流的下端，和金屬Ga的距離為3mm ；隨后，用機械泵對石英管抽氣，當石英管中的真空度達到2 X IO-1Torr時，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3(99.999% )和Ar (99.999% )的混合氣體，使爐內的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr,生長30min ；自然冷卻到室溫。
圖1不同條件下制備的GaN樣品的SEM圖。圖2不同能量激光燒蝕后MWCNT場發射1-V特性。
具體實施例方式本發明提供一種InGaAlN納米線場發射陰極的制備方法，包括:先通過CVD的方法在沉積了一層Au的Si襯底上生長InGaAlN樣品；沉積Au薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga(99.999% )、Al (99.999% )和In (99.999% )的鎢舟放入管式爐內的石英管中，順著氣流的方向依次放金屬In、金屬Ga、金屬招和Si襯底；Si襯底放置在氣流的下端,和金屬Ga的距離為3mm ；；隨后，用機械泵對石英管抽氣，當石英管中的真空度達到2X IO-1Torr時，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3(99.999% )和Ar(99.999% )的混合氣體，使爐內的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr,生長30min ;自然冷卻到室溫。首先利用SEM研究了溫度和氣體流量對樣品形貌的影響。圖1給出了在不同溫度和不同氣體流量下生長了 30min的InGaAlN樣品的SEM圖。從圖l(a-c)可以看出，在較低的溫度850°C下，不管NH3/Ar的比例如何，生長出來的InGaAlN樣品都沒有納米線存在，而只是由一些顆粒組成。只有在較高的溫度950°C下生長出來的才是納米線(圖1d)。當溫度為850°C時，隨著NH3/A:比例的減小，InGaAlN樣品顆粒變的越來越稠密，當NH3/Ar = 1/3時(圖1 (b))，顆粒的密度適中。我們知道，發射體的密度過大，在場發射過程中，由于屏蔽效應使得發射電流變小，所以在950°C生長納米線時，NH3/Ar的比例在1/3附近變化，以尋求最佳的生長條件。圖2是在不同氣體流量下生長的InGaAlN納米線的場發射特性曲線。如果定義電流密度達到10iiA/cm2時所需的電場為開啟電場，那么從圖2(a)J-E曲線可以看出，與圖l(d-f)對應的樣品的開啟電場分別為15.3V/iim、15V/iim和14V/iim，并且在24V/y m的電場下，對應的電流密度分別為 714 u A/cm2、1597 u A/cm2、2578 u A/cm2 和 2886 u A/cm2。比較后發現:在T = 600°C, NH3/Ar = 1/2.5時生長的納米線的發射電流密度最大。這是因為在950°C、NH3/Ar比例不同時生長的納米線的長度和直徑差別不大，場增強因子P (=h/r，h為發射體高度，r為發射體曲率半徑)沒有大的變化.可以看出在T = 600°C、無Ar且t = 70min的條件下生長的InGaAlN納米線具有最小的開啟電場,最大的發射電流密度。在700°C長的InGaAlN納米線的開啟電場最大，發射電流密度最小。不同條件下生長的納米線的場發射特性的不同，是由于不同的形貌引起的場增強因子P不同而造成的結果。從圖2(b)可以看出，相應的F-N曲線也都近似為一條直線，說明納米線的電子發射形式為場電子發射。但四條直線的斜率不相同，即不同條件下生長的納米線的場增強因子@不同。在T = 600°C、無Ar且t = 70min的條件下生長的納米線最長，所以其場增強因子P的值最大。在T = = 700°C生長的納米線的F-N曲線的斜率最小，這是因為700°C生長的納米線的直徑比較大，導致場增強因子P比較小。而在T = 600°C、NH3/Ar = 5/1且t = 70min和T = 600°C> NH3/Ar = 5/1且t = 90min的條件下生長的InGaAlN納米線的場增強因子P的值在T = 600°C、無Ar且t = 70min和T = 700°C的條件下生長的InGaAlN納米線場增強因子P的值之間，這個結果和SEM的的結果一致。由于在這兩個條件下生長的納米線曲率半徑r變大，使得P減小。
權利要求
1.一種InGaAlN納米線場發射陰極的制備方法，包括: 先通過CVD的方法在沉積了一層Au的Si襯底上生長InGaAlN樣品； 沉積Au薄層前，Si片先在甲苯、丙酮、乙醇中經過超聲清洗，再用去離子水沖洗；把盛有Si襯底和高純金屬Ga (99.999% ) 'Al (99.999% )和In (99.999% )的鎢舟放入管式爐內的石英管中，順著氣流的方向依次放金屬In、金屬Ga、金屬鋁和Si襯底； Si襯底放置在氣流的下端，和金屬Ga的距離為3_ ； 隨后，用機械泵對石英管抽氣，當石英管中的真空度達到2X IO-1Torr時，把石英管的溫度升到某一固定值； 再通NH3(99.999% )和Ar (99.999% )的混合氣體，使爐內的溫度保持在這一固定值，NH3氣和Ar氣的的流量固定在某一值，管子的氣壓維持在3.5Torr,生長30min ； 自然冷卻到室溫。
全文摘要
本發明提供一種InGaAlN納米線場發射陰極的制備方法，包括先通過CVD的方法在沉積了一層Au的Si襯底上生長InGaAlN樣品；把盛有Si襯底和高純金屬Ga、Al和In的鎢舟放入管式爐內的石英管中；隨后，用機械泵對石英管抽氣，把石英管的溫度升到某一固定值；再通NH3和Ar的混合氣體；自然冷卻到室溫。
文檔編號H01J9/02GK103077866SQ201210595710
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者紀成友, 劉志龍 申請人:青島紅星化工廠