專利名稱：場發(fā)射陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空平面電子發(fā)射型顯示器件的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平面型場發(fā)射陰極的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
場發(fā)射陰極包括微尖型、金剛石薄膜型、碳納米管型、金屬-絕緣層-金屬型和金屬-絕緣層-半導(dǎo)體層-金屬型等結(jié)構(gòu)。其中與本發(fā)明較為接近的是MISM結(jié)構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)中的各種MISM結(jié)構(gòu)中，金屬下電極一般采用鋁、鎳、鉬等，上電極采用金、鉑、鋁等，絕緣層采用五氧化二鉭或三氧化二鋁，半導(dǎo)體層一般采用硫化鋅；在上述結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層的作用是增加電子在其中的動能，以期達到較大的電子發(fā)射。這就要求絕緣層必須有較大的介電常數(shù)和相當(dāng)強的擊穿場強，才能把足夠大的能量施加在電子上，使電子獲得相當(dāng)?shù)哪芰?，在?jīng)過散射之后仍能越過表面勢壘穿過上電極成為發(fā)射電子；而目前的單層絕緣層結(jié)構(gòu)介電常數(shù)較小、擊穿場強較弱，很難把足夠大的能量施加在電子上，使場發(fā)射陰極產(chǎn)生足夠的發(fā)射電流。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能克服已有MIM和MISM陰極的缺點，達到滿足大屏幕平板顯示器件所需要的發(fā)射電流，同時具有較低的器件電容，較長的使用壽命，以適應(yīng)平板顯示器件的要求的場發(fā)射陰極。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)方案，提供的一種場發(fā)射陰極，它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的絕緣層為復(fù)合絕緣層，是由一層以上的介質(zhì)絕緣薄膜復(fù)合而成，即由一層以上的介電常數(shù)、擊穿場強各優(yōu)的介質(zhì)絕緣薄膜組成；介質(zhì)絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等薄膜；介質(zhì)絕緣薄膜根據(jù)各自的特點可以采用蒸發(fā)、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；所述的復(fù)合絕緣層綜合了各層薄膜的優(yōu)勢，根據(jù)各層薄膜電學(xué)性能的優(yōu)劣復(fù)合成既有大的介電常數(shù)，又有高的電場擊穿強度的復(fù)合絕緣層；所述的上電極可以是單層金屬或半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，也可以是雙層薄膜結(jié)構(gòu)；其中雙層薄膜結(jié)構(gòu)可以是金屬-金屬結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)也可以是金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)還可以是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層半導(dǎo)體的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；所述的上電極的下層是指上電極與電子傳輸層連接的薄膜層；所述的玻璃基板為帶有二氧化硅、三氧化二鋁或氮化硅等薄膜的離子隔離層的平板玻璃。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個技術(shù)方案，提供的一種場發(fā)射陰極，它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的上電極可以是單層金屬或半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，也可以是雙層薄膜結(jié)構(gòu)；其中雙層薄膜結(jié)構(gòu)可以是金屬-金屬結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)也可以是金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)還可以是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層半導(dǎo)體的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；所述的上電極的下層是指上電極與電子傳輸層連接的薄膜層；所述的玻璃基板為帶有離子隔離層的平板玻璃；離子隔離層可以是二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅等薄膜。
本發(fā)明提供的復(fù)合介質(zhì)層的場發(fā)射陰極中，當(dāng)上下電極間加正向電壓時，電子從上電極注入到復(fù)合絕緣層與電子傳輸層之間的表面態(tài)能級中；當(dāng)施加反向電壓時，存儲在界面態(tài)能級中的電子會得到加速到達上電極，能量大的電子越過表面勢壘穿過上電極成為發(fā)射電子。由于絕緣層是幾種絕緣材料復(fù)合而成，有較高的耐壓性能和介電常數(shù)，能夠向電子提供足夠的能量；當(dāng)電子進入上電極后，其中部分能量超過上電極真空能級勢壘的電子可以發(fā)射到真空中。如果上電極是由雙層薄膜組成，則在兩層之間形成接觸電場，當(dāng)上層薄膜的功函數(shù)低于下層(即上電極與電子傳輸層連接的薄膜層)薄膜時，接觸電場起到加速電子的作用，能有效的提高電子發(fā)射量，所以本發(fā)明的場發(fā)射陰極的發(fā)射電流大，適合于在高亮度場發(fā)射平板顯示器件應(yīng)用；另外本發(fā)明的場發(fā)射陰極中采用復(fù)合絕緣薄膜，其擊穿場強較高，使用壽命較長。
以下結(jié)合
對本發(fā)明的實施作進一步詳細描述。
圖1為本發(fā)明的場發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中的復(fù)合絕緣層的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的復(fù)合絕緣層的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中的復(fù)合絕緣層的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1至圖4所示，在本發(fā)明的一些實施例中，復(fù)合絕緣層的場發(fā)射陰極包括自下而上順序排列的基板玻璃5、下電極4、復(fù)合絕緣層3、電子傳輸層2和上電極1；其中，復(fù)合絕緣層3是由三層介電常數(shù)、擊穿場強各優(yōu)的介質(zhì)絕緣薄膜組成的；介質(zhì)絕緣薄膜可采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態(tài)薄膜如在圖2的實施例中，復(fù)合絕緣層由自下而上的厚度為150納米的三氧化二鋁6、厚度為250納米的五氧化二鉭7和厚度為150納米的三氧化二鋁6三層介質(zhì)絕緣薄膜組成；又如在圖3的實施例中，復(fù)合絕緣層由自下而上的厚度為150納米的三氧化二釔10、厚度為250納米的鈦酸鍶9和厚度為100納米的二氧化鉿8三層介質(zhì)絕緣薄膜組成；再如在圖4的實施例中，復(fù)合絕緣層由自下而上的厚度為100納米的三氧化二鋁6、厚度為300納米的二氧化鋯11和厚度為100納米的五氧化二鉭7三層介質(zhì)絕緣薄膜組成；上述各實施例中的介質(zhì)絕緣薄膜根據(jù)各自的特點可以采用蒸發(fā)、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；綜上所述，本發(fā)明還能列舉出一層以上介質(zhì)絕緣薄膜的許多種組合，這許多種組合的復(fù)合絕緣層能綜合各層薄膜的優(yōu)勢，并根據(jù)各層薄膜電學(xué)性能的優(yōu)劣復(fù)合成既有大的介電常數(shù)，又有高的電場擊穿強度的復(fù)合絕緣層。
在本發(fā)明的上述各個實施例中，所述的上電極可以是單層金屬或半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，也可以是雙層薄膜結(jié)構(gòu)；其中雙層薄膜結(jié)構(gòu)可以是金屬-金屬結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)也可以是金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中金屬的功函數(shù)高于半導(dǎo)體的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)還可以是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層半導(dǎo)體的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；在本發(fā)明的上述各個實施例中，下電極層結(jié)構(gòu)較為簡單，能提供一定的電導(dǎo)，擁有與基板玻璃和薄膜的良好的附著力，同時還應(yīng)具有引出封接時與玻璃、焊料的匹配封接保證氣密性。在本發(fā)明的上述各個實施例中，所述的玻璃基板為帶有離子隔離層的平板玻璃，離子隔離層是二氧化硅薄膜；而在本發(fā)明的其它實施例中，平板玻璃的離子隔離層也可以是三氧化二鋁、氮化硅等薄膜。
在本發(fā)明的另一個實施例中，場發(fā)射陰極包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層和上電極；其中，所述的上電極可以是單層金屬或半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，也可以是雙層薄膜結(jié)構(gòu)；其中雙層薄膜結(jié)構(gòu)可以是金屬-金屬結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)也可以是金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中金屬的功函數(shù)高于半導(dǎo)體的功函數(shù)；雙層薄膜結(jié)構(gòu)還可以是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層半導(dǎo)體的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)；所述的玻璃基板為帶有三氧化二鋁薄膜的離子隔離層的平板玻璃；而在本發(fā)明的其它實施例中，平板玻璃的離子隔離層也可以是二氧化硅、氮化硅等薄膜。
在本發(fā)明的場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)中，當(dāng)上下電極間加正向電壓時，電子從上電極注入到復(fù)合絕緣層與電子傳輸層之間的表面態(tài)能級中；當(dāng)施加反向電壓時，存儲在界面態(tài)能級上的電子會得到加速到達上電極，能量大的電子越過表面勢壘穿過上電極成為發(fā)射電子。由于絕緣層是幾種非晶態(tài)材料復(fù)合而成，有較高的耐壓性能和介電常數(shù)，能夠向電子提供足夠的能量。當(dāng)電子進入上電極后，其中部分能量超過上電極真空能級勢壘的電子可以發(fā)射到真空中。如果上電極是由雙層薄膜組成，則在兩層之間形成接觸電場，當(dāng)上層薄膜的功函數(shù)低于下層(即上電極與電子傳輸層連接的薄膜層)薄膜時，接觸電場起到加速電子的作用，能有效的提高電子發(fā)射量。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射陰極，包括自下而上順序排列的基板玻璃(5)、下電極(4)、絕緣層(3)、電子傳輸層(2)、上電極(1)，其特征在于，所述的絕緣層(3)為復(fù)合絕緣層，是由一層以上的非結(jié)晶的介質(zhì)絕緣薄膜組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的上電極(1)是單層半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的上電極(1)是雙層薄膜結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結(jié)構(gòu)的上電極是金屬-金屬結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結(jié)構(gòu)的上電極是金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的雙層薄膜結(jié)構(gòu)的上電極是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中下層半導(dǎo)體的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體的功函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的介質(zhì)絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態(tài)薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的介質(zhì)絕緣薄膜根據(jù)各自的特點采用蒸發(fā)、濺射、溶膠-凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項所述的場發(fā)射陰極，其特征是，所述的玻璃基板為帶有二氧化硅、三氧化二鋁或氮化硅等薄膜的離子隔離層的平板玻璃。
10.一種場發(fā)射陰極，包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，其特征在于，所述的上電極是單層半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)或雙層薄膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種場發(fā)射陰極，涉及平面顯示器的場發(fā)射陰極的技術(shù)領(lǐng)域；它包括自下而上順序排列的基板玻璃、下電極、絕緣層、電子傳輸層、上電極，該絕緣層為由一層以上的介質(zhì)絕緣薄膜組成的復(fù)合絕緣層；介質(zhì)絕緣薄膜采用五氧化二鉭、三氧化二鋁、二氧化鉿、二氧化鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉛、氧化釔等非晶態(tài)薄膜；介質(zhì)絕緣薄膜根據(jù)各自的特點采用蒸發(fā)、濺射、溶膠－凝膠、氣相沉積等不同工藝的成膜方式；該上電極可以是單層金屬或半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)，也可以是雙層薄膜結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的場發(fā)射陰極的發(fā)射電流大，適合于在高亮度場發(fā)射平板顯示器件應(yīng)用；本發(fā)明的場發(fā)射陰極中采用復(fù)合非晶態(tài)薄膜，其擊穿場強較高，使用壽命較長。
文檔編號H01J29/04GK1790587SQ200410093159
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者王紅光, 劉逸忠 申請人:上海廣電電子股份有限公司