电泳工艺制备阵列场发射阴极及其性能的研究

碳纳米管是理想的场发射冷阴极材料,阴极的图形阵列化是实现碳纳米管场发射显示器动态全彩视频显示的核心.三极管结构能够更好地进行矩阵寻址显示图像,且与常规的驱动电路相兼容,降低整体平板显示器件的制作成本.从实验出发,探索利用简单的电泳工艺制备图形化碳基薄膜阴极,采用与阴极成同一水平面的栅极的三极管结构,并对电泳的实验参数进行优化以提高阴极电压电流特性和发射的均匀性等问题,为场发射器件的制造提供优良的工艺基础.研究机械球磨和稀释悬浊液浓度对碳纳米管沉积均匀性的影响.实验结果表明稀薄的悬浊液的条件下可以在玻璃的银浆导电层上沉积较薄而均匀的碳纳米管膜,与丝网印刷工艺制备的阴极相比,均匀性更好,厚度更容易控制,具有更好的发射均匀性.测试图形化的阵列碳纳米阴极的三极管结构的场发射特性,发现当阳极电压保持在600 V,栅极电压接近500 V时,阳极电流能达到2.6 mA/cm2.荧光粉发光均匀,相比二极管结构具有更低的阈值电压,在亮度、均匀性和稳定性方面都有显著的优势.     

氧化锌与定向碳纳米管复合纳米结构设计与场发射性能研究

考虑到目前方法制备出的氧化锌碳纳米管复合结构多为随机取向,会在一定程度上影响其场发射性能,例如发射电流稳定性、寿命等性能方面,提出了一种氧化锌纳米线与定向碳纳米管复合纳米结构阵列的制备方法,并制备出了相应的结构体.模拟计算和测试结果表明文中制备出的复合纳米结构阵列改善了单一纳米结构的场发射性能.与单纯碳纳米管阵列相比,...     

限流电阻层改善碳纳米管场发射显示器发光均匀度的研究

针对碳纳米管(CNT)场发射阴极薄膜中,CNT个体差异及其与衬底的不良接触对发光均匀性的影响,引入反馈限流电阻层以改善阴极薄膜的场发射发光均匀性.采用丝网印刷工艺在衬底上制备氧化锌作为电阻限流层,在其上制备CNT阴极薄膜.对CNT薄膜阴极的发射电流稳定性和均匀性进行了测试,给出了电阻限流层对场发射特性曲线的影响效果.SEM分析表明,氧化锌电阻层有利于消除CNT阴极的尖端屏蔽效应,并且使得CNT与衬底具有更加紧密的接触.场发射特性和场发射发光照片表明,虽然随着限流层厚度增加,阈值电压有所增加,发射电流有所减小,然而限流层的存在有效地改善了发射电流的稳定性,使得发射电流和场发射发光点分布更加均匀.     

限流电阻层改善碳纳米管场发射显示器发光均匀度的研究

针对碳纳米管(CNT)场发射阴极薄膜中,CNT个体差异及其与衬底的不良接触对发光均匀性的影响,引入反馈限流电阻层以改善阴极薄膜的场发射发光均匀性.采用丝网印刷工艺在衬底上制备氧化锌作为电阻限流层,在其上制备CNT阴极薄膜.对CNT薄膜阴极的发射电流稳定性和均匀性进行了测试,给出了电阻限流层对场发射特性曲线的影响效果.SEM分析表明,氧化锌电阻层有利于消除CNT阴极的尖端屏蔽效应,并且使得CNT与衬底具有更加紧密的接触.场发射特性和场发射发光照片表明,虽然随着限流层厚度增加,阈值电压有所增加,发射电流有所减小,然而限流层的存在有效地改善了发射电流的稳定性,使得发射电流和场发射发光点分布更加均匀.     

碳纳米管场发射器件新型阴极的研究

碳纳米管场发射显示器件（CNT-FFDs）中阴极的制备和表面处理一直是其中的关键环节而备受关注,本文通过光刻技术、丝网印刷技术、表面超声等流程制作带有平整电阻层的发射阴极,并对该阴极进行场发射测试,并通过扫描电镜（SEM）照片分析阴极表面,发现开启电场、发射均匀性及电流稳定性比以前未加处理的阴极有很大程度上的改善。此法适合于大面积的碳纳米管场发射显示的阴极制作。     

影响碳纳米管阴极场发射性能首要因素的研究

研究了影响碳纳米管(CNT)场发射性能的主要因素,通过实验分析气压、热处理温度、发射体尺寸参数等,发现预先热处理可有效提高发射体分散均匀性,而高温后处理可有效纯化CNT;气压和温度是工作过程中影响CNT阴极膜场发射稳定性的重要参数;而CNT发射体的长度、管径与膜层密度是影响场发射电流特性的主要因素,长径比大小影响着场增强因子大小,大长径比引起低的开启电场强度和高发射电流,但管径的大小与场发射均匀性的优劣呈相反关系.     

场发射阵列阴极(FEA)在微波器件中的应用

分析了场发射阵列阴极的跨导、电容以及阵列阴极的发射电流密度、电子束直径、电流稳定性对微波器件性能的影响,并提出了相应的改善措施,有效地提高了微波器件的性能.最后,概述了金刚石薄膜及碳纳米管阵列阴极在微波器件中的应用情况,目前虽然还不成熟,却显得有极大的潜力.     

图案化定向碳纳米管阵列的场发射性能研究

考虑到碳纳米管的几何形貌会在一定程度上影响其场发射性能,如驱动电场,发射电流强度等,因此本文设计了三种不同的几何图案,并采用热气相化学沉积（TCVD）法制备出了相应几何结构的定向碳纳米管阵列;通过模拟计算和场发射测试实验,我们对以上三种结构的场发射性能进行比较,发现具有规则六边形蜂窝形状的碳纳米管阵列具有最强的边缘效应,最小的屏蔽效应,以及相同电场下最大的发射电流。     

微立方结构阵列间距对场发射影响

在3D基底上制备CNT薄膜可以提高碳纳米管的场发射能力,基底微结构的形貌、尺寸、间距等参数都对碳纳米管的场发射有直接的影响。利用有限元分析软件ANSYS模拟了微立方阵列结构,微立方结构的尺寸为20μm×20μm×20μm(长×宽×高),得到了微立方结构上表面的电场分布,计算了阵列间距和上表面面积不同时的电场分布。依据F-N方程,采用离散化的方法,定量地分析了阵列间距对冷阴极场发射电流的影响,发现该微结构在阵列间距为100μm时场发射电流达到最大值。     

三极FED分段复合衬底电极的特性和制作

结合丝网印刷技术、烘烤工艺和烧结工艺,采用印刷ZnO层和银浆层相结合的方案,进行了分段复合衬底电极的制作。该分段复合衬底电极能够降低无效的阴极电压降,增强三极场发射显示器的发光亮度并改善其发光均匀性,且制作成本低廉。分段复合衬底电极避免了过长过细衬底电极现象,促使碳纳米管提供更多电子,同时有效改善了碳纳米管的场发射均匀性。利用碳纳米管作为阴极材料,进行了三极场发射显示器的研制,并进行点阵图像显示,从而证实了这种分段复合衬底电极制作工艺的可行性。与普通银电极场发射显示器相比,分段复合衬底电极场发射显示器能够将开启场强从1.92 V/μm降低到1.81 V/μm,其最大场发射电流由1 332.5μA提高到2 137.8μA,具有典型的场致发射特性以及优良的图像发光均匀性。     

新型前栅极CNT-FED的研究

传统的前栅极场致发射显示板由于介质层和栅极的制作在生成或制作阴极场致发射源之后，在制造过程中容易破坏场致发射源；另外阴极发射对介质层厚度、阳极电压和调制极开口等参数非常敏感，所以器件的发射均匀性难以保证。为了解决这些问题，引入了类似HOP玻璃的结构。阴极上只需要丝印碳纳米管，无需制作介质层和栅极，解决了场致发射源被破坏的问题。阴极与栅极之间真空取代了介质层，由于真空的绝缘性能高于介质层，所以阴极与栅极之间的距离可以减小，栅极的调制效果更显著。由于玻璃的平整度高于一般方法制作的介质层的平整度，所以器件的发射均匀性比较好。     

带电子聚焦的氧化锌场发射背光源

液晶显示需要低功耗、均匀度好的光源作为背光源。为了降低功耗,提高显示图像质量,未来的液晶显示需要实现对背光源进行时间与阵列调制。对比现有的液晶显示用背光源,研究制备了氧化锌场发射光源。该光源采用氧化锌纳米针作为场发射阴极,采用平面栅极作为门电极调制结构实现亮度的连续可调,通过带有氧化镁二次电子发射层的金属栅网对电子进行聚焦实现光源的均匀照度。实验结果表明,带电子聚焦的氧化锌场发射光源具有较低的开启场强(1.1V/μm),较小的电压调制区间(小于150V),较高的发光强度(大于1 000cd/m2),且基于电子聚焦结构的设计,实现了光源的均匀稳定照度,可以提高液晶显示的图像质量。带电子聚焦结构的氧化锌场发射光源,既可实现对发光的时间与阵列调制,同时能提高发光的均匀性,将可作为液晶显示的理想背光源。     

电泳法制备场发射阴极的性能优化研究

电泳法是一种新型的大面积碳纳米管场发射阴极制备方法。文章在成功地用电泳法制备了适用于场发射显示器的碳纳米管阴极基础上,通过选用不同的碳纳米管原料、改变电泳条件等方法,进一步优化碳管阴极的性能。使用不同方法制备的碳纳米管配置电泳液,由于制备方法和碳管本身的特性,管子在电泳溶液中呈现不同的分散性。碳管管径较粗时由于表面自由能相对小,所以碳管在溶液中不易形成团聚物,电泳沉积的阴极会均匀平整;管径小的碳管则由于容易团聚,需要加入表面活性剂来改善其在电泳溶液中的分散性。场发射特性和发光显示图实验结果发现,即使得到相同均匀平整的阴极,但是由于碳管本身的发射能力的差异性最终导致电泳沉积得到的阴极的场发射特性的不同。另外,电泳的实验条件也会对沉积的阴极的场发射性能和形貌产生影响。在不同电泳直流电压条件下,碳管薄膜的密度分布和厚度不同,呈现出不同的场发射能力,结果表明当电压值在25V时可以得到性能最佳的场发射阴极。     

Carbon Nanotube-Based Triode Field Emission Lamps Using Metal Meshes With Spacers

We fabricated a carbon nanotube (CNT)-based triode field emission flat lamp with a gated emitter structure, which is composed of a metal grid with a spacer as a gate, a cathode electrode layer, and a CNT layer. The metal mesh was designed with trenches and numerous holes to make a gap between gate and cathode electrodes and to provide electrons with a highly efficient passage. We observed that this metal mesh decreased the vibration and leakage current owing to high electric field generated from anode. As a result, the uniformity and stability of this field emission lamp was improved     

用于场发射显示器的火山口型场发射阴极

介绍一种国内外研究的用于场发射显示器的火山口型场发射阴极,它相对于尖锥型场发射阴极来说，具有制作方法简单，制作成本更低，发射一致性更好，更适合大规模工业化生产。但不足之处是发射电流密度太小和有较大的栅极电流。文章详细介绍了火山口型场发射阴极的制作过程，分析并测试了其发射性能以及转移到玻璃基底上的制作方法。最后还介绍了火山口型场发射阴极的改进型-跑道型场发射阴极。     

30-nm two-step recess gate InP-Based InAlAs/InGaAs HEMTs

Two-step recess gate technology has been developed for sub-100-nm gate InP-based InAlAs/InGaAs high-electron mobility transistors (HEMTs). This gate structure is found to be advantageous for the preciseness of the metallurgical gate length as well as a comparable stability to the conventional gate structure with an InP etch stop layer. The two-step recess gate is optimized focusing on the lateral width of the gate recess. Due to the stability of the gate recess with an InP surface, a laterally wide gate recess gives the maximum cutoff frequency, lower gate leakage current, smaller output conductance and higher maximum frequency of oscillation. Finally, the uniformity of the device characteristics evaluated for sub-100-nm HEMTs with the optimized recess width. The result reveals the significant role of the short channel effects on the device uniformity.     

钼尖场致发射阵列阴极的性能研究

利用微细加工技术和双向薄膜沉积技术对钼尖场发射阵列阴极的工艺进行了较为细致的研究，并在专用的真空系统中对所得阵列阴极的发射性能进行了测试，得到了一定的场致发射电流密度值。测试中采用数据采集系统监测栅极电压、阳极电压、阳极电流和栅极电流，测量了阴极阵列的发射稳定性和发射噪声。对发射的失效机理进行了实验研究和分析，认为发射失效的主要原因在于栅极和基底之间的漏电，尖锥和棚极孔间的暗电流，电极间的放电和放气，以及环境真空度和尖锥的均匀性等。所得结果以进一步开展有射频器件和显示器件方面的应用研究打下了一定基础。     

Highly Electron Transparent Graphene for Field Emission Triode Gates

The enhanced emission performance of a graphene/Mo hybrid gate electrode integrated into a nanocarbon field emission micro‐triode electron source is presented. Highly electron transparent gate electrodes are fabricated from chemical vapor deposited bilayer graphene transferred to Mo grids with experimental and simulated data, showing that liberated electrons efficiently traverse multi‐layer graphene membranes with transparencies in excess of 50–68%. The graphene hybrid gates are shown to reduce the gate driving voltage by 1.1 kV, whilst increasing the electron transmission efficiency of the gate electrode significantly. Integrated intensity maps show that the electron beam angular dispersion is dramatically improved (87.9°) coupled with a 63% reduction in beam diameter. Impressive temporal stability is noted (<1.0%) with surprising negligible long‐term damage to the graphene. A 34% increase in triode perveance and an amplification factor 7.6 times that of conventional refractory metal grid gate electrode‐based triodes are noted, thus demonstrating the excellent stability and suitability of graphene gates in micro‐triode electron sources.