熱CVD法制備碳納米管冷陰極及其在若干真空電子器件中的應(yīng)用.pdf

1、碳納米管冷陰極具有優(yōu)異的場致電子發(fā)射特性，在電子源應(yīng)用方面具有很好的前景，被認(rèn)為是很有希望取代熱陰極的材料之一。 本博士論文首先回顧了冷陰極材料特別是碳納米管冷陰極制備技術(shù)的發(fā)展，并綜述了碳納米管場致電子發(fā)射機(jī)理研究的最新進(jìn)展，進(jìn)而重點(diǎn)介紹在不銹鋼棒襯底和玻璃襯底上制備適合器件應(yīng)用的碳納米管冷陰極，并引入后處理技術(shù)提高陰極發(fā)射均勻性，最后介紹所制備的碳納米管冷陰極在熒光燈、電離真空規(guī)管和碳納米管場發(fā)射顯示器中的應(yīng)用。本論文的主要

2、成果可概述如下： 1.針對不同器件應(yīng)用要求，通過優(yōu)化生長條件，在不同襯底上實(shí)現(xiàn)可控制備具有一定開啟電場和閾值電場的碳納米管冷陰極。以乙炔為碳源時，在棒狀不銹鋼襯底上制備的碳納米管冷陰極最小開啟電場和閾值電場分別為1.2V/μm和4.0V/μm，并可以實(shí)現(xiàn)在1mA/cm2的電流密度下12小時內(nèi)波動小于1％。以甲烷為碳源時，在棒狀不銹鋼襯底上制備的碳納米管冷陰極最小開啟電場和閾值電場分別為1.3v/μm和1.75V/μm，并且能夠在

3、3mA/cm2的電流密度下保持20小時內(nèi)波動小于1％。同時在玻璃基板上低溫生長碳納米管工藝中，發(fā)展了低溫生長碳納米管后直接進(jìn)行氫氣后處理的技術(shù)，大幅提高碳納米管冷陰極的場致電子發(fā)射均勻性。 2.研制出采用棒狀碳納米管冷陰極的全封裝柱型冷陰極熒光燈。發(fā)展了相應(yīng)的制作工藝，綠光熒光燈和白光熒光燈的效率分別達(dá)到37lm/W和21lm/W。研究了封裝對熒光燈的陰極和陽極熒光屏的特性影響，發(fā)現(xiàn)陰極的場致電子發(fā)射均勻性和穩(wěn)定性均達(dá)到熒光燈的

4、應(yīng)用要求。 3.研制出采用棒狀碳納米管冷陰極的冷陰極電離真空規(guī)管。當(dāng)真空度在3×10-5～4×10-7Torr的范圍內(nèi)，冷陰極電離真空規(guī)管的離子電流與壓強(qiáng)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。冷陰極電離真空規(guī)管的靈敏度約3.6Torr-1，與其他研究小組的水平相當(dāng)。 4.研制出采用碳納米管冷陰極的全封裝場發(fā)射顯示器原型器件。提出了一種利用絕緣層束縛碳納米管的平面柵極場發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以防止無序生長的碳納米管導(dǎo)致陰極和柵極導(dǎo)通，又