可印制碳納米管復合材料冷陰極場發(fā)射特性及其后處理研究.pdf

1、場發(fā)射平板顯示器(FED)是目前在研的，且唯一能保持傳統(tǒng)陰極射線管(CRT)高顯示質(zhì)量的新型平板顯示技術(shù)，因而受到人們的廣泛關(guān)注。其中，基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的碳納米管(CNT)場發(fā)射平板顯示器因制備工藝簡單、發(fā)射穩(wěn)定而成為平板顯示領(lǐng)域的研究熱點之一。本博士論文在總結(jié)場發(fā)射技術(shù)進展的基礎(chǔ)上，以可印制碳納米管復合材料冷陰極電子源為研究對象，對新型可印制碳納米管陰極漿料的配制，新印制成的陰極的電學特性、場發(fā)射特性、后處理方法以及相關(guān)場致發(fā)射機理進

2、行了系統(tǒng)研究。主要研究工作及成果概括如下： 1.優(yōu)化了一種可印制碳納米管陰極漿料。通過漿料組成及比例的優(yōu)化，解決了該漿料存在的易干、不易保存、碳納米管分散不均勻等問題。優(yōu)化后的陰極漿料適合于絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碳納米管復合材料冷陰極，滿足高分辨率場發(fā)射平板顯示器件的制備要求。 2.優(yōu)化了碳納米管復合材料冷陰極與襯底的接觸結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的陰極在襯底上有良好的附著力，且陰極導電性良好。因此，在陰極制備中，無需印刷Ag漿過渡層，簡化

3、制備工藝后陰極的場發(fā)射特性較之以前更好。 3.研究了碳納米管復合材料冷陰極中碳納米管含量和陰極厚度對陰極微結(jié)構(gòu)、陰極導電性及陰極場發(fā)射特性的影響，建立了陰極場發(fā)射模型，討論了相關(guān)場發(fā)射機制。研究發(fā)現(xiàn)，陰極中碳納米管含量的增加有助于陰極導電性和場發(fā)射特性的提高，但過高的碳管含量會使得場發(fā)射過程中碳管問出現(xiàn)電場屏蔽效應，導致陰極的場發(fā)射特性反而降低。通過實驗分析，得到了具有最優(yōu)化CNT含量(=17﹪)的陰極，該陰極具有較低的電阻和良

4、好的綜合場發(fā)射特性，開啟電場約為4V/μm，且發(fā)射電流穩(wěn)定，發(fā)射址均勻。對陰極厚度的研究發(fā)現(xiàn)，陰極厚度的增加會導致電子傳輸過程中勢壘增加，不利于陰極的場致電子發(fā)射。 4.針對碳納米管復合材料冷陰極組成結(jié)構(gòu)的特點，提出了等離子選擇性刻蝕后處理方法。該方法能有效地去除覆蓋或包裹在碳納米管表面的粘結(jié)材料，使陰極內(nèi)部大量的碳納米管暴露出來成為新的電子源。并且從反應等離子刻蝕系統(tǒng)(RIE)的工藝參數(shù)著手，研究了RIE系統(tǒng)中反應氣體壓強、射

5、頻功率和自偏壓三者對陰極顯微結(jié)構(gòu)及場發(fā)射特性的影響，最終確定了合適的RIE刻蝕工藝條件，實現(xiàn)了陰極的可控后處理。 5.在對粘結(jié)材料選擇性刻蝕處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了氫等離子體轟擊對陰極表面微結(jié)構(gòu)及其場發(fā)射特性的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，陰極表面微結(jié)構(gòu)在氫等離子體處理過程中發(fā)生改變，并討論了在陰極表面出現(xiàn)的特殊形態(tài)的碳納米管的形成機理，認為氫等離子處理后CNT的電子發(fā)射變?yōu)橹饕獜墓鼙谏系募{米顆粒發(fā)射。 6.可印制碳納米管復合材料冷陰

6、極在FED器件中的應用研究。結(jié)合本實驗室開發(fā)的支撐體及陽極等制備工藝，完全采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備了4.5英寸二極結(jié)構(gòu)32×32矩陣場發(fā)射原理型器件。在直流驅(qū)動模式下測試了不同單列、單點碳納米管復合材料冷陰極的場發(fā)射特性。在脈沖驅(qū)動模式下成功地實現(xiàn)了行/列掃描及動態(tài)字符顯示，器件表現(xiàn)出良好的均勻性和穩(wěn)定性。 總之，本博士學位論文對可印制碳納米管陰極漿料以及由此漿料制備的碳納米管復合材料冷陰極的場發(fā)射特性和相關(guān)后處理技術(shù)進行了深入的研