銅基碳納米管薄膜的制備及其場發(fā)射性能的研究.pdf

1、場發(fā)射平面顯示器件(FED)是20世紀80年代末問世的真空微電子學(xué)的產(chǎn)物,兼有液晶顯示器和傳統(tǒng)陰極射線管(CRT)顯示器的主要優(yōu)點,顯示出良好的應(yīng)用前景。制作FED的關(guān)鍵是陰極材料的制備,一般需要采用薄膜技術(shù)和微加工技術(shù)。自碳納米管(CNT)發(fā)現(xiàn)以來,由于CNT直徑小、長徑比大,且具有獨特的結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和化學(xué)穩(wěn)定性,故可作為FED的理想發(fā)射體。特別是定向碳納米管陣列可看成是無數(shù)根單尖陰極規(guī)則的排列起來形成陣列式,是理想的場發(fā)射

2、平板顯示器的尖端發(fā)射體。碳納米管在真空微電子器件中具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文利用化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition-CVD)制備得到不同形貌的CNTs,研究其場發(fā)射特性,為場發(fā)射光源、顯示器件的制作提供了實驗依據(jù)和工藝優(yōu)化條件。
　　1)單金屬Cu催化劑對CNT生長及場發(fā)射性能的影響:采用磁控濺射法,通過控制濺射功率及濺射時間等制備工藝,在玻璃襯底上制備Cu催化劑薄膜,采用CVD法在襯底

3、上直接制備CNT薄膜陰極。實驗中,系統(tǒng)地研究了濺射功率與時間對催化劑顆粒直徑及形貌的影響,并通過改變CVD的生長時間和生長溫度,獲得了不同形貌的CNT薄膜,比較研究了不同形貌CNT薄膜的場發(fā)射性能及影響其性能的因素。
　　2)Cr金屬過渡層對Cu基CNT陰極場發(fā)射性能影響的研究:針對Cu膜易擴散的缺點,實驗中在Cu膜與玻璃基底之間加入膜厚約為50-60nm的Cr過渡層作為催化劑與襯底的緩沖層,通過改變Cu膜的濺射功率,調(diào)整催化劑顆

4、粒的尺寸形貌及密度等特性。經(jīng)CVD法生長后,制備不同形貌的線形CNT薄膜,以研究FED陰極的場發(fā)射特性。
　　3)合金CuCr催化劑CNT陰極場發(fā)射性能影響的研究:針對CVD法制備CNT的特征,催化劑的成分對產(chǎn)物的質(zhì)量和數(shù)量有非常重要的影響,實驗采用磁控共濺射的方法制備合金金屬CuCr薄膜作為催化劑層,一方面控制CNT的生長形貌,并通過控制CNT的生長密度來優(yōu)化CNT薄膜陰極的場發(fā)射性能。在合金薄膜厚度相同的情況下,通過改變Cu的

5、濺射功率,調(diào)整退火后催化劑顆粒的密度、尺寸和合金催化劑中Cu的含量。經(jīng)過CVD法生長后,分別制備線形及螺旋形CNT,研究不同結(jié)構(gòu)及形貌CNT的場發(fā)射特性。
　　4)Cu基定向CNT薄膜材料的制備及其場發(fā)射性能的研究:無序的Cu基CNT場發(fā)射特性具有一定的局限性,因此定向生長CNT陣列是制造FED的關(guān)鍵技術(shù)之一,同時也是實現(xiàn)基于碳納米管的微電子器件的必要條件。在論文中,以玻璃為襯底,以Cr薄膜為過渡層,Cu作為催化劑,采用直流等離子