一種表面傳導電子發射源結構及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于平板顯示器制造技術領域，涉及一種表面傳導電子發射源結構及其制作方法，特別涉及一種能夠控制表面傳導電子發射薄膜納米裂縫形成位置的表面傳導電子發射源結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]日本佳能公司提出的表面傳導電子發射顯示器件(Surface-conduct1nElectron-emitter Display, SED)，作為FED的一種，其顯示效果在目前平板顯示器件中非常的突出。
[0003]SED的顯像原理與傳統的陰極射線顯像管(Cathode Ray Tube，CRT)類似，不同于CRT的是，SED將涂有熒光材料的玻璃板與鋪有大量表面傳導電子發射源的玻璃底板平行擺放，這樣的結構使得SED的厚度可以做得相當薄，易于平板化、大型化；同時，SED的能耗也比較低。SED工作時，在陰極板的器件電極上施加一個十幾伏的電壓，則在導電膜的裂縫處產生強場強，由于隧道效應，隧穿電子從裂縫的一端飛向另一端，從而產生表面傳導電流。在陽極板的陽極上施加高壓后能夠吸引陰極發射的電子中的一部分轟擊熒光粉發光。
[0004]表面傳導電子發射顯示器的核心部分是表面傳導電子發射源，制備該發射源的技術難點是如何在導電薄膜上形成統一的納米級裂縫，來實現隧穿電子發射。佳能公司經過多年的研宄開發，通過對薄膜進行“加電形成”工藝(electro-forming process)和“激活”工藝(activat1n process)得到納米級縫隙。但是，“加電形成”工藝形成的基本原理是利用加電產生的焦耳熱對電子發射薄膜進行加熱“燒斷”，其位置和寬度具有隨機性，各個電子發射單元之間的一致性較差，影響了電子發射源的性能，使表面傳導電子發射源的電流密度及電子發射效率較低。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種表面傳導電子發射源結構及其制備方法；該結構能夠控制電子發射薄膜納米裂縫的形成位置，提高電子發射源的電子發射效率；該方法操作簡單，對設備要求低，易實現。
[0006]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0007]—種表面傳導電子發射源結構，包括沉積在基板上的一對對稱的器件電極，在器件電極上沉積有電子發射薄膜，電子發射薄膜上存在納米裂縫；在對稱的器件電極之間設有8?20 ym的電極間隙，在該電極間隙中設有電介質填充層和/或突起電介質。
[0008]所述器件電極的厚度為100?200nm ;且器件電極由鉑、銅、銀、鎳、鉻中的一種或幾種材料制成。
[0009]所述電子發射薄膜的厚度為30?10nm ;且電子發射薄膜由氧化鈀或氧化鋅制成。
[0010]所述電介質填充層的厚度為50?200nm ;且介質填充層采用二氧化娃或氧化給制成。
[0011]所述突起電介質的長度與電子發射薄膜的長度相當；突起電介質的寬度為2?5 μ m，厚度為20?250nm。
[0012]當電極間隙中設有電介質填充層和突起電介質時，突起電介質置于電介質填充層上方或包覆于電介質填充層內部。
[0013]當突起電介質置于電介質填充層上方時，突起電介質的厚度為20?50nm。
[0014]一種表面傳導電子發射源結構的制作方法，包括以下步驟:
[0015]I)采用磁控濺射法在基板上沉積若干組金屬電極，形成一對對稱的器件電極，對稱的器件電極之間形成8?20 μm的電極間隙；
[0016]2)采用磁控濺射法在電極間隙間制作厚度為50?200nm的電介質填充層和/或在電極間隙間制作厚度為20?250nm的突起電介質；
[0017]3)采用磁控濺射法在器件電極對之間制作電子發射薄膜；
[0018]4)對電子發射薄膜采用加電形成技術制得納米級裂縫。
[0019]所述器件電極的厚度為100?200nm ;且器件電極由鉑、銅、銀、鎳、鉻中的一種或幾種材料制成；所述電子發射薄膜的厚度為30?10nm ;且電子發射薄膜由氧化鈀或氧化鋅制成。
[0020]當電極間隙中設有電介質填充層和突起電介質時，突起電介質置于電介質填充層上方或包覆于電介質填充層內部；
[0021]當突起電介質置于電介質填充層上方時，突起電介質的厚度為20?50nm。
[0022]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0023]本發明的表面傳導電子發射源結構，由制作在基板上的器件電極、填充器件電極間隙的電介質填充層、突起電介質和電子發射薄膜構成。電介質填充層和/或突起電介質填充在器件電極之間形成的電極間隙中，利用突起介質導熱性差的特點以及覆蓋在突起部分導電膜與其他部分導電膜幾何位置上的差異性使覆蓋在突起部分的導電膜在“加電形成”時，產生更多的焦耳熱，使納米裂縫可以在突起部位形成實現納米裂縫位置的可控制作，進而通過電極間隙間的填充墊高表面傳導電子發射膜，縮短電子發射部位與陽極板間的距離，使電子隧穿發射后更容易散射并被陽極所吸引，有效增加了隧穿電子射向陽極的比例，從而提高了場發射電子效率。
[0024]本發明方采用“加電形成”工藝制作納米裂縫，步驟簡單，對儀器設備要求低，先在電極縫隙中間構建突起，然后再將導電膜制作在突起上，利用突起材料導熱性差的特點以及覆蓋在突起部分導電膜與其他部分導電膜幾何位置上的差異性使覆蓋在突起部分的導電膜在“加電形成”時，產生更多的焦耳熱，使納米裂縫可以在突起部位形成，實現納米裂縫位置的可控制作。該方法穩定性強，易于控制，適合規模化放大生產。
【附圖說明】
[0025]圖1是SED原理結構示意圖；
[0026]圖2-1是現有技術的表面傳導電子發射源的一種典型結構主視圖；
[0027]圖2-2為圖2-1的俯視圖；
[0028]圖3-1是本發明公開的一種理想的高效表面傳導電子發射源結構主視圖；
[0029]圖3-2為圖3-1的俯視圖；
[0030]圖4-1是本發明實施例1中間墊高的表面傳導電子發射源結構主視圖；
[0031]圖4-2為圖4-1的俯視圖；
[0032]圖5-1是本發明實施例2單邊填充的表面傳導電子發射源結構主視圖；
[0033]圖5-2為圖5-1的俯視圖；
[0034]圖6-1是本發明實施例3填充中間墊高的表面傳導電子發射源結構主視圖；
[0035]圖6-2為圖6-1的俯視圖；
[0036]圖7-1是本發明實施例4填充的中間墊高的表面傳導電子發射源結構主視圖；
[0037]圖7-2為圖7-1的俯視圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0039]首先，介紹SED原理，參見圖1，SED顯示器一個像素的結構，SED包含了下基板100和上基板110，每個像素單元包含紅綠藍三個子像素，電子發射源130制作在下玻璃基板100上。表面傳導電子發射電子源包括器件電極150和電子發射薄膜250。SED顯示器件還包含一個高電壓陽極170和陰極器件電壓160。當在器件電極150上施加直流電壓時，表面傳導電子發射薄膜250會發射電子，在高電壓陽極170的電壓加速下，電子轟擊焚光粉180發光。
[0040]本發明的表面傳導電子發射源結構，包括沉積在基板100上的一對對稱的器件電極150，在器件電極150上沉積有電子發射薄膜250，電子發射薄膜上開設有納米級裂縫260 ;在對稱的器件電極之間設有8?20 ym的電極間隙，在該電極間隙中設有電介質填充層300和/或突起電介質310。
[0041]所述器件電極150的厚度為100?200nm ;且器件電極150由鉑、銅、銀、鎳、鉻中的一種或幾種材料制成。所述電子發射薄膜250的厚度為30?10nm ;且電子發射薄膜250
由氧化鈀制成。
[0042]所述電介質填充層300的厚度為50?200nm ；電介質填充層材料選擇為與基底粘附性好的絕緣材料，如二氧化硅、氧化鉿等。其幾何尺寸，包括長、寬、厚度，取決于器件電極之間的間隙尺寸與器件電極的厚度。
[0043]所述突起電介質310的長度與電子發射薄膜250的長度相當，寬度為2?5 μ m，厚度為20?250nm。突起電介質310的材料選擇為與填充介質粘附性較好，導熱性差的材料，如二氧化硅、硅酸鋁等。
[0044]當電極間隙中設有電介質填充層300和突起電介質310時，突起電介質310置于電介質填充層300上方或包覆于電介質填充層300內部；
[0045]當突起介質310置于電介質填充層300上方時，突起電介質310的厚度20?50nm。
[0046]對比例:
[0047]參見圖2-1和圖2-2，為現有技術的表面傳導電子發射源的一種典型結構示意圖，表面傳導電子發射電子源制作在下基板100上。電子發射源包括兩個器件電極150和表面傳導電子發射薄膜250。
[0048]實施例1
[0049]參見圖4-1和圖4-2，一種中間墊高的表面傳導電子發射源結構，包括兩個器件電極150，位于電極間隙中間的突起電介質310和電子發射薄膜250。
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