一种多层表面传导电子发射源结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于平板显示器制造技术领域，涉及一种多层表面传导电子发射源结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]日本佳能公司提出的表面传导电子发射显示器件(Surface-conduct1nElectron-emitter Display, SED)，作为FED的一种，其显示效果在目前平板显示器件中非常的突出。
[0003]SED的显像原理与传统的阴极射线显像管(Cathode Ray Tube，CRT)类似，不同于CRT的是，SED将涂有荧光材料的玻璃板与铺有大量表面传导电子发射源的玻璃底板平行摆放，这样的结构使得SED的厚度可以做得相当薄，易于平板化、大型化；同时，SED的能耗也比较低。SED工作时，在阴极板的器件电极上施加一个十几伏的电压，则在导电膜的裂缝处产生强场强，由于隧道效应，隧穿电子从裂缝的一端飞向另一端，从而产生表面传导电流。在阳极板的阳极上施加高压后能够吸引阴极发射的电子中的一部分轰击荧光粉发光。
[0004]表面传导电子发射显示器的核心部分是表面传导电子发射源，制备该发射源的技术难点是如何在导电薄膜上形成统一的纳米级裂缝，来实现隧穿电子发射。佳能公司经过多年的研究开发，通过对薄膜进行“加电形成”工艺(electro-forming process)和“激活”工艺(activat1n process)得到纳米级缝隙。但是，“加电形成”工艺形成的基本原理是利用加电产生的焦耳热对电子发射薄膜进行加热“烧断”，其位置和宽度具有随机性，各个电子发射单元之间的一致性较差，影响了电子发射源的性能，使表面传导电子发射源的电流密度及电子发射效率较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多层表面传导电子发射源结构及其制备方法，该结构的电流密度及电子发射效率较高，并且便于制备。
[0006]为达到上述目的，本发明所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，包括基板，基板上设有下电极，电子发射薄膜沉积于下电极上，且下电极与电子发射薄膜之间自下到上依次设有绝缘介质层及上电极，其中，上电极的长度小于绝缘介质层的长度，电子发射薄膜上开设有两个纳米裂缝，两个纳米裂缝位于上电极的两侧，两个纳米裂缝位于绝缘介质层上，上电极及下电极分别与电源的正极及负极相连接。
[0007]所述下电极的厚度为20?200nm，且下电极和上电极均由金、铂、铜、银、镍或铬制备而成。
[0008]下电极为ΙΤ0玻璃板。
[0009]电子发射薄膜的厚度为30?100nm，电子发射薄膜由氧化钯或氧化锌制成。
[0010]所述绝缘介质层的厚度为50?200nm，绝缘介质层采用二氧化镁、二氧化硅、二氧化铝或氧化铪材料制成。
[0011]电子发射薄膜上设有凸起，凸起的中部沿轴向设有间隙，间隙的下部填充有凸起介质，间隙的上部作为纳米裂缝。
[0012]凸起介质的宽度为1?5 μπι，厚度为20?200nm。
[0013]本发明所述的多层表面传导电子发射源结构的制作方法包括以下步骤:
[0014]1)在基板上制作下电极；
[0015]2)采用磁控溅射法在下电极上制备绝缘介质层；
[0016]3)采用磁控溅射法在绝缘介质层制备上电极；
[0017]4)采用磁控溅射法在绝缘介质层、上电极及下电极上制备电子发射薄膜；
[0018]5)对电子发射薄膜采用加电形成技术制得纳米裂缝，得多层表面传导电子发射源结构。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020]本发明所述的多层表面传导电子发射源结构及方法包括基板，基板上设有下电极，电子发射薄膜沉积于下电极上，且下电极与电子发射薄膜之间自下到上依次设有绝缘介质层及上电极，利用多层电极之间电子发射薄膜的厚度差异的特点以及覆盖在上电极上的电子发射薄膜与电子发射薄膜其他部分的差异性使覆盖在上电极上的电子发射薄膜在“加电形成”时产生更多的焦耳热，使纳米裂缝可以在绝缘介质层形成，实现纳米裂缝位置的可控制作，进而通过上电极与下电极之间填充绝缘介质层垫高电子发射薄膜，缩短电子发射薄膜与阳极板间的距离，使电子隧穿发射后更容易散射并被阳极所吸引，有效增加了隧穿电子射向阳极的比例，从而提高了场发射电子效率及电流密度，结构简单，显示像素点集成度高，并且该方法形成的纳米裂缝稳定性强，易于控制及制备，适合规模化生产。
【附图说明】
[0021]图1为SED的原理图；
[0022]图2为本发明的结构示意图；
[0023]图3是本发明的剖面图；
[0024]图4为图3的俯视图；
[0025]图5为本发明中有凸起填充介质时的剖面图；
[0026]图6为图5的俯视图。
[0027]其中，100为基板、150为下电极、160为上电极、250为电子发射薄膜、260为纳米裂缝、300为绝缘介质层、310为凸起介质。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0029]参考图2、图3及图4，本发明所述的多层表面传导电子发射源结构包括基板100，基板100上设有下电极150，电子发射薄膜250沉积于下电极150上，且下电极150与电子发射薄膜250之间自下到上依次设有绝缘介质层300及上电极160，其中，上电极160的长度小于绝缘介质层300的长度，电子发射薄膜250上开设有两个纳米裂缝260，两个纳米裂缝260位于上电极160的两侧，两个纳米裂缝260位于绝缘介质层300上，上电极160及下电极150分别与电源的正极及负极相连接。
[0030]需要说明的是，所述下电极150的厚度为20?200nm，且下电极150和上电极160均由金、铂、铜、银、镍或铬制备而成；下电极150为ΙΤ0玻璃板；电子发射薄膜250的厚度为30?lOOnm，电子发射薄膜250由氧化钯或氧化锌制成；所述绝缘介质层300的厚度为50?200nm，绝缘介质层300采用二氧化镁、二氧化硅、二氧化铝或氧化铪材料制成。
[0031]参考图5及图6，另外，电子发射薄膜250上设有凸起，凸起的中部沿轴向设有间隙，间隙的下部填充有凸起介质310，间隙的上部作为纳米裂缝260，凸起介质310的宽度为1?5 μ m，厚度为20?200nm。
[0032]本发明所述的多层表面传导电子发射源结构的制作方法包括以下步骤:
[0033]1)在基板100上制作下电极150 ；
[0034]2)采用磁控溅射法在下电极150上制备绝缘介质层300 ；
[0035]3)采用磁控溅射法在绝缘介质层300制备上电极160 ；
[0036]4)采用磁控溅射法在绝缘介质层300、上电极160及下电极150上制备电子发射薄膜250 ;
[0037]5)对电子发射薄膜250采用加电形成技术制得纳米裂缝260，得多层表面传导电子发射源结构。
[0038]参考图1，SED原理为:SED显示器一个像素的结构，SED包含了下基板100和上基板，每个像素单元包含红绿蓝三个子像素，多层表面传导电子发射源结构制作在玻璃材质的基板100，SED显示器件还包含一个高电压阳极和阴极器件电压。当在下电极150上施加直流电压时，电子发射薄膜250会发射电子，在高电压阳极的电压加速下，电子轰击荧光粉发光。
【主权项】
1.一种多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，包括基板(100)，基板(100)上设有下电极(150)，电子发射薄膜(250)沉积于下电极(150)上，且下电极(150)与电子发射薄膜(250)之间自下到上依次设有绝缘介质层(300)及上电极(160)，其中，上电极(160)的长度小于绝缘介质层(300)的长度，电子发射薄膜(250)上开设有两个纳米裂缝(260)，两个纳米裂缝(260)位于上电极(160)的两侧，两个纳米裂缝(260)位于绝缘介质层(300)上，上电极(160)及下电极(150)分别与电源的正极及负极相连接。2.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，所述下电极(150)的厚度为20?200nm，且下电极(150)和上电极(160)均由金、铂、铜、银、镍或铬制备而成。3.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，下电极(150)为ITO玻璃板。4.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，电子发射薄膜(250)的厚度为30?lOOnm，电子发射薄膜(250)由氧化钯或氧化锌制成。5.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，所述绝缘介质层(300)的厚度为50?200nm，绝缘介质层(300)采用二氧化镁、二氧化硅、二氧化铝或氧化铪材料制成。6.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，电子发射薄膜(250)上设有凸起，凸起的中部沿轴向设有间隙，间隙的下部填充有凸起介质(310)，间隙的上部作为纳米裂缝(260)。7.根据权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构，其特征在于，凸起介质(310)的宽度为1?5 μ m，厚度为20?200nmo8.一种如权利要求1所述的多层表面传导电子发射源结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在基板(100)上制作下电极(150); 2)采用磁控溅射法在下电极(150)上制备绝缘介质层(300); 3)采用磁控溅射法在绝缘介质层(300)制备上电极(160); 4)采用磁控溅射法在绝缘介质层(300)、上电极(160)及下电极(150)上制备电子发射薄膜(250); 5)对电子发射薄膜(250)采用加电形成技术制得纳米裂缝(260)，得多层表面传导电子发射源结构。
【专利摘要】本发明公开了一种多层表面传导电子发射源结构及其制备方法，包括基板，基板上设有下电极，电子发射薄膜沉积于下电极上，且下电极与电子发射薄膜之间自下到上依次设有绝缘介质层及上电极，其中，上电极的长度小于绝缘介质层的长度，电子发射薄膜上开设有两个纳米裂缝，两个纳米裂缝位于上电极的两侧，两个纳米裂缝位于绝缘介质层上，上电极及下电极分别与电源的正极及负极相连接。本发明的电流密度及电子发射效率较高。
【IPC分类】H01J9/02, H01J29/02
【公开号】CN105355529
【申请号】CN201510808436
【发明人】吴胜利, 魏强, 张劲涛, 胡文波
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月19日