專利名稱：穩(wěn)定場發(fā)射器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定場發(fā)射器的電流的方法，且更具體地涉及一種穩(wěn)定場發(fā)射器的電流的方法，其中用等離子體處理碳納米管場發(fā)射器的納米管以穩(wěn)定電流密度和改善耐久性。
背景技術(shù)：
碳納米管是碳的同素異形體且形成為六角管形狀，具有大的縱橫比但是非常小的納米尺度的直徑。由于碳納米管是化學(xué)穩(wěn)定的金屬性的或半導(dǎo)電的，所以它們是各種應(yīng)用的有希望的新材料，這些應(yīng)用諸如場發(fā)射源、氫存儲(chǔ)介質(zhì)和聚合物增強(qiáng)器(intensifier)。
碳納米管可以通過物理或化學(xué)方法制造。物理方法包括電弧充電、激光蒸鍍等?；瘜W(xué)方法包括化學(xué)氣相沉積(CVD)，諸如熱化學(xué)氣相沉積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。
當(dāng)碳納米管形成為顯示器的電子發(fā)射源時(shí)，它們直接生長于襯底上，或?qū)⒑紳{料印刷于襯底上。電勢施加于電極以形成電場，使納米管從它們的尖端發(fā)射電子以驅(qū)動(dòng)顯示器。
圖1是形成于襯底上的碳納米管的截面圖。
參考圖1，下電極11形成于襯底10上，且然后碳納米管12形成于下電極11上。在附圖中，碳納米管12為了清晰而被放大。當(dāng)碳納米管12直接生長于襯底10或印刷于襯底10上時(shí)，難于形成具有均勻的長度、電導(dǎo)率或生長結(jié)構(gòu)的碳納米管12。不均勻的碳納米管12a使整個(gè)場發(fā)射器異常且發(fā)射不均勻的電場。
當(dāng)碳納米管用作場發(fā)射器的場發(fā)射源時(shí)，在運(yùn)行的早期階段可以容易地觀察到電場密度顯著地降低。已經(jīng)知道，因?yàn)樵谛纬捎谝r底上的碳納米管12中的異常的碳納米管12a在施加于電極的電勢下運(yùn)行異常，所以發(fā)生該降低。異常運(yùn)行導(dǎo)致低場發(fā)射率、短壽命和場發(fā)射器不均勻的場發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種穩(wěn)定場發(fā)射器的方法，其中在場發(fā)射器上進(jìn)行等離子體處理以防止異常場發(fā)射和改善性能。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供有一種穩(wěn)定使用碳納米管作為場發(fā)射源的場發(fā)射器的方法。該方法包括在碳納米管上進(jìn)行等離子體處理。
執(zhí)行等離子體處理包括在處理室內(nèi)安裝具有碳納米管的場發(fā)射器；從處理室去除氣體并用等離子體形成氣體充滿處理室；和對處理室施加電壓以產(chǎn)生等離子體，且在場發(fā)射器上的執(zhí)行等離子體處理。
場發(fā)射器包括下電極，其上形成有碳納米管；和上電極，相對碳納米管安裝于處理室的上部分。
等離子體形成氣體包括惰性氣體、N2、O2和H2的至少一種。
用等離子體形成氣體充滿處理室包括維持處理室的真空度至少在10-3Torr。
施加于處理室的電壓至少為10V。
等離子體處理執(zhí)行至少10秒。


通過參考附圖和詳細(xì)描述示范性實(shí)施例，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的形成于襯底上的碳納米管的截面圖；圖2是處理室的示意圖，在處理室中依據(jù)本發(fā)明執(zhí)行等離子體處理以穩(wěn)定場發(fā)射器；圖3A和3B是顯示依據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行等離子體處理以穩(wěn)定場發(fā)射器的原理的示意圖；圖4A和4B是顯示碳納米管場發(fā)射器的表面的SEM圖像，分別在依據(jù)本發(fā)明的等離子體處理之前和之后攝??；圖5是顯示碳納米管場發(fā)射器的電流密度相對于時(shí)間的曲線，分別在依據(jù)本發(fā)明的等離子體處理之前和之后繪制。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖更加全面地描述本發(fā)明。
圖2是處理室的示意圖，在處理室中依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例執(zhí)行等離子體處理以穩(wěn)定場發(fā)射器。
參考圖2，碳納米管22形成于陰極21上且陰極21放置于處理室20中。碳納米管22可以通過選擇使用碳納米管生長方法生長，諸如用碳納米管漿料的直接生長印刷。由于碳納米管生長方法是眾所周知的，所以省略了它們的詳細(xì)描述。
陽極23位于處理室20中，以預(yù)定的距離從碳納米管22分開。陰極21和陽極23可以由任何適合的導(dǎo)電材料制成，諸如金屬電極或氧化物電極。即，陰極21和陽極23的材料是不限定的。通過對陰極21和陽極23提供電能形成等離子體。陰極21和陽極23可以分別形成于襯底24a和24b上且安裝于處理室20內(nèi)。
現(xiàn)在將參考圖2和圖3完全地描述穩(wěn)定場發(fā)射器的等離子體處理工藝。
再參考圖2，諸如泵的常規(guī)真空系統(tǒng)用于在處理室20內(nèi)產(chǎn)生真空。例如，旋轉(zhuǎn)式泵從處理室20去除氣體直至處理室到達(dá)10-2至10-3Torr的高真空，且然后，渦輪泵獲得10-8Torr的超高真空。
通過該真空系統(tǒng)去除處理室20中大多數(shù)的氣體且處理室20的該壓強(qiáng)被定義為初始真空。當(dāng)然，可以選擇性地調(diào)整處理室20的初始真空，且更具體地，可以在引入等離子體形成氣體時(shí)調(diào)整以保持高于約10-3Torr的真空。
使用連接至處理室20的閥25以將等離子體形成氣體引入處理室20。等離子體形成氣體沒有限制。例如，可以單獨(dú)或一起使用N2、H2、O2或諸如Ar和Ne的惰性氣體作為等離子體形成氣體。在用等離子體形成氣體填充處理室20時(shí)，處理室20必須嚴(yán)格地維持在高于約10-3Torr的壓強(qiáng)以穩(wěn)定地保持等離子體。
在等離子體形成氣體被引入處理室20之后，對陰極21和陽極23施加電壓?？梢詫㈦妷涸O(shè)定在傳統(tǒng)的等離子體工藝中使用的普通水平，且至少是10V。當(dāng)施加該電能時(shí)，處理室20中的等離子體形成氣體激發(fā)為等離子體，分為負(fù)電子和正離子。等離子體的正離子或原子團(tuán)與下方陰極21上形成的碳納米管22的尖端碰撞，改變碳納米管22的物理和化學(xué)性能。例如，可以消除碳納米管22的粗糙。
圖3A和3B是顯示正離子與碳納米管的尖端碰撞的示意圖。
參考圖3A，由于難于在陰極21上平坦地生長碳納米管22，所以碳納米管22的表面是粗糙的。具體地，碳納米管22具有不同的高度。即，形成了長碳納米管22a和短碳納米管22b。
如上所述在現(xiàn)有技術(shù)的描述中，不均勻的碳納米管導(dǎo)致場發(fā)射器發(fā)射不穩(wěn)定的電場。等離子體的正離子集中于長碳納米管22a的尖端，減小它們的長度。執(zhí)行等離子體處理工藝幾十秒或幾分鐘。在等離子體處理工藝之后，碳納米管22具有均勻的高度，如圖3B所示。
圖4A和4B是顯示碳納米管場發(fā)射器的樣品的SEM圖像，分別在依據(jù)本發(fā)明的等離子體處理之前和之后攝取。襯底24a是玻璃襯底；陰極21和陰極23由氧化銦錫(ITO)形成；碳納米管22通過印刷含碳漿料形成于陰極23上且兩個(gè)SEM圖像用相同的倍率攝取。
參考圖4A，在等離子體處理之前碳納米管22的表面非常粗糙且不平地形成為大塊。圖4A的表面圖像類似于通過傳統(tǒng)的方法生長碳納米管22的場發(fā)射器的正常圖像。
參考圖4B，使用Ne氣體形成等離子體；真空保持在約10-3Torr；通過在陰極21和陽極23之間施加約250V的電壓形成等離子體；且執(zhí)行等離子體處理幾分鐘。然后，在等離子體處理后檢測碳納米管22的表面。圖4B的SEM圖像與圖4A的SEM圖像比較，表面粗糙度小，且相對小的塊平均地分布而沒有圖4A中的大塊。
圖5是顯示圖4A和4B所示的碳納米管樣品的電流密度相對于時(shí)間的曲線，分別在依據(jù)本發(fā)明的等離子體處理之前和之后繪制。曲線圖的X軸指示時(shí)間(小時(shí))，在該時(shí)間期間對場發(fā)射器施加外部電壓。外部電壓可以在不同的范圍中施加。在實(shí)際的試驗(yàn)中，約4-7V/μm施加于場發(fā)射器。圖的Y軸指示電流密度，其是場發(fā)射器的碳納米管22每平方厘米的電流[μA/cm2]。
參考圖5，在等離子體處理之前和之后繪制的碳納米管22的兩個(gè)電流密度曲線在起點(diǎn)處幾乎相同但立即分開。具體地，在等離子體處理之前，碳納米管22在約1400μA/cm2啟動(dòng)但迅速降至600μA/cm2以下。但是，在等離子體處理之后，碳納米管22在約1400μA/cm2啟動(dòng)且只稍稍下降，保持在1100μA/cm2以上。因此，碳納米管22的電流密度可以通過等離子體處理得到穩(wěn)定，給予碳納米管改善的耐久性。
即，等離子體處理使碳納米管22獲得平坦表面成為可能，實(shí)現(xiàn)了場發(fā)射器穩(wěn)定的場發(fā)射且顯著提高了耐久性。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，當(dāng)碳納米管22用作場發(fā)射器的場發(fā)射源時(shí)，碳納米管22的表面可以通過等離子體處理平坦地形成。因此，可以獲得穩(wěn)定的場發(fā)射且延長了場發(fā)射器的壽命。
雖然參考其示范性實(shí)施例具體顯示和描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解在不脫離權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以作出形式和細(xì)節(jié)上的不同變化。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定場發(fā)射器的方法，所述場發(fā)射器使用碳納米管作為場發(fā)射源，所述方法包括在所述碳納米管上執(zhí)行等離子體處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行所述等離子體處理包括在處理室內(nèi)安裝具有所述碳納米管的所述場發(fā)射器；從所述處理室內(nèi)去除氣體并用等離子體形成氣體充滿所述處理室；和對所述處理室施加電壓以產(chǎn)生等離子體，且在場發(fā)射器上執(zhí)行所述等離子體處理。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述場發(fā)射器包括下電極，在所述下電極上形成有碳納米管。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中上電極安裝于所述處理室的上部分中且面對所述碳納米管。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述等離子體形成氣體包括惰性氣體、N2、O2和H2的至少一種。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中用所述等離子體形成氣體充滿所述處理室包括維持所述處理室的真空度至少在10-3Torr。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中施加于所述處理室的電壓至少為10V。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述等離子體處理執(zhí)行至少10秒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種穩(wěn)定場發(fā)射器的方法。該方法包括在場發(fā)射器的碳納米管上執(zhí)行等離子體處理。等離子體處理平坦化碳納米管的表面，穩(wěn)定碳納米管的電流密度且增加場發(fā)射器的耐久性。
文檔編號(hào)H01J1/30GK1702806SQ20051007382
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月29日
發(fā)明者金元錫, 金起永, 李常賢, 許廷娜, 李玹姃 申請人:三星Sdi株式會(huì)社