穩定場發射器的方法
2023-06-05 05:23:36
專利名稱：穩定場發射器的方法
技術領域：
本發明涉及一種穩定場發射器的電流的方法，且更具體地涉及一種穩定場發射器的電流的方法，其中用等離子體處理碳納米管場發射器的納米管以穩定電流密度和改善耐久性。
背景技術：
碳納米管是碳的同素異形體且形成為六角管形狀，具有大的縱橫比但是非常小的納米尺度的直徑。由於碳納米管是化學穩定的金屬性的或半導電的，所以它們是各種應用的有希望的新材料，這些應用諸如場發射源、氫存儲介質和聚合物增強器(intensifier)。
碳納米管可以通過物理或化學方法製造。物理方法包括電弧充電、雷射蒸鍍等。化學方法包括化學氣相沉積(CVD)，諸如熱化學氣相沉積和等離子體增強化學氣相沉積。
當碳納米管形成為顯示器的電子發射源時，它們直接生長於襯底上，或將含碳漿料印刷於襯底上。電勢施加於電極以形成電場，使納米管從它們的尖端發射電子以驅動顯示器。
圖1是形成於襯底上的碳納米管的截面圖。
參考圖1，下電極11形成於襯底10上，且然後碳納米管12形成於下電極11上。在附圖中，碳納米管12為了清晰而被放大。當碳納米管12直接生長於襯底10或印刷於襯底10上時，難於形成具有均勻的長度、電導率或生長結構的碳納米管12。不均勻的碳納米管12a使整個場發射器異常且發射不均勻的電場。
當碳納米管用作場發射器的場發射源時，在運行的早期階段可以容易地觀察到電場密度顯著地降低。已經知道，因為在形成於襯底上的碳納米管12中的異常的碳納米管12a在施加於電極的電勢下運行異常，所以發生該降低。異常運行導致低場發射率、短壽命和場發射器不均勻的場發射。
發明內容
本發明提供一種穩定場發射器的方法，其中在場發射器上進行等離子體處理以防止異常場發射和改善性能。
根據本發明的一方面，提供有一種穩定使用碳納米管作為場發射源的場發射器的方法。該方法包括在碳納米管上進行等離子體處理。
執行等離子體處理包括在處理室內安裝具有碳納米管的場發射器；從處理室去除氣體並用等離子體形成氣體充滿處理室；和對處理室施加電壓以產生等離子體，且在場發射器上的執行等離子體處理。
場發射器包括下電極，其上形成有碳納米管；和上電極，相對碳納米管安裝於處理室的上部分。
等離子體形成氣體包括惰性氣體、N2、O2和H2的至少一種。
用等離子體形成氣體充滿處理室包括維持處理室的真空度至少在10-3Torr。
施加於處理室的電壓至少為10V。
等離子體處理執行至少10秒。
通過參考附圖和詳細描述示範性實施例，本發明的以上和其它特徵和優點將變得顯而易見，附圖中圖1是現有技術的形成於襯底上的碳納米管的截面圖；圖2是處理室的示意圖，在處理室中依據本發明執行等離子體處理以穩定場發射器；圖3A和3B是顯示依據本發明的執行等離子體處理以穩定場發射器的原理的示意圖；圖4A和4B是顯示碳納米管場發射器的表面的SEM圖像，分別在依據本發明的等離子體處理之前和之後攝取；圖5是顯示碳納米管場發射器的電流密度相對於時間的曲線，分別在依據本發明的等離子體處理之前和之後繪製。
具體實施例方式
現在將參考附圖更加全面地描述本發明。
圖2是處理室的示意圖，在處理室中依據本發明的一實施例執行等離子體處理以穩定場發射器。
參考圖2，碳納米管22形成於陰極21上且陰極21放置於處理室20中。碳納米管22可以通過選擇使用碳納米管生長方法生長，諸如用碳納米管漿料的直接生長印刷。由於碳納米管生長方法是眾所周知的，所以省略了它們的詳細描述。
陽極23位於處理室20中，以預定的距離從碳納米管22分開。陰極21和陽極23可以由任何適合的導電材料製成，諸如金屬電極或氧化物電極。即，陰極21和陽極23的材料是不限定的。通過對陰極21和陽極23提供電能形成等離子體。陰極21和陽極23可以分別形成於襯底24a和24b上且安裝於處理室20內。
現在將參考圖2和圖3完全地描述穩定場發射器的等離子體處理工藝。
再參考圖2，諸如泵的常規真空系統用於在處理室20內產生真空。例如，旋轉式泵從處理室20去除氣體直至處理室到達10-2至10-3Torr的高真空，且然後，渦輪泵獲得10-8Torr的超高真空。
通過該真空系統去除處理室20中大多數的氣體且處理室20的該壓強被定義為初始真空。當然，可以選擇性地調整處理室20的初始真空，且更具體地，可以在引入等離子體形成氣體時調整以保持高於約10-3Torr的真空。
使用連接至處理室20的閥25以將等離子體形成氣體引入處理室20。等離子體形成氣體沒有限制。例如，可以單獨或一起使用N2、H2、O2或諸如Ar和Ne的惰性氣體作為等離子體形成氣體。在用等離子體形成氣體填充處理室20時，處理室20必須嚴格地維持在高於約10-3Torr的壓強以穩定地保持等離子體。
在等離子體形成氣體被引入處理室20之後，對陰極21和陽極23施加電壓。可以將電壓設定在傳統的等離子體工藝中使用的普通水平，且至少是10V。當施加該電能時，處理室20中的等離子體形成氣體激發為等離子體，分為負電子和正離子。等離子體的正離子或原子團與下方陰極21上形成的碳納米管22的尖端碰撞，改變碳納米管22的物理和化學性能。例如，可以消除碳納米管22的粗糙。
圖3A和3B是顯示正離子與碳納米管的尖端碰撞的示意圖。
參考圖3A，由於難於在陰極21上平坦地生長碳納米管22，所以碳納米管22的表面是粗糙的。具體地，碳納米管22具有不同的高度。即，形成了長碳納米管22a和短碳納米管22b。
如上所述在現有技術的描述中，不均勻的碳納米管導致場發射器發射不穩定的電場。等離子體的正離子集中於長碳納米管22a的尖端，減小它們的長度。執行等離子體處理工藝幾十秒或幾分鐘。在等離子體處理工藝之後，碳納米管22具有均勻的高度，如圖3B所示。
圖4A和4B是顯示碳納米管場發射器的樣品的SEM圖像，分別在依據本發明的等離子體處理之前和之後攝取。襯底24a是玻璃襯底；陰極21和陰極23由氧化銦錫(ITO)形成；碳納米管22通過印刷含碳漿料形成於陰極23上且兩個SEM圖像用相同的倍率攝取。
參考圖4A，在等離子體處理之前碳納米管22的表面非常粗糙且不平地形成為大塊。圖4A的表面圖像類似於通過傳統的方法生長碳納米管22的場發射器的正常圖像。
參考圖4B，使用Ne氣體形成等離子體；真空保持在約10-3Torr；通過在陰極21和陽極23之間施加約250V的電壓形成等離子體；且執行等離子體處理幾分鐘。然後，在等離子體處理後檢測碳納米管22的表面。圖4B的SEM圖像與圖4A的SEM圖像比較，表面粗糙度小，且相對小的塊平均地分布而沒有圖4A中的大塊。
圖5是顯示圖4A和4B所示的碳納米管樣品的電流密度相對於時間的曲線，分別在依據本發明的等離子體處理之前和之後繪製。曲線圖的X軸指示時間(小時)，在該時間期間對場發射器施加外部電壓。外部電壓可以在不同的範圍中施加。在實際的試驗中，約4-7V/μm施加於場發射器。圖的Y軸指示電流密度，其是場發射器的碳納米管22每平方釐米的電流[μA/cm2]。
參考圖5，在等離子體處理之前和之後繪製的碳納米管22的兩個電流密度曲線在起點處幾乎相同但立即分開。具體地，在等離子體處理之前，碳納米管22在約1400μA/cm2啟動但迅速降至600μA/cm2以下。但是，在等離子體處理之後，碳納米管22在約1400μA/cm2啟動且只稍稍下降，保持在1100μA/cm2以上。因此，碳納米管22的電流密度可以通過等離子體處理得到穩定，給予碳納米管改善的耐久性。
即，等離子體處理使碳納米管22獲得平坦表面成為可能，實現了場發射器穩定的場發射且顯著提高了耐久性。
如上所述，依據本發明，當碳納米管22用作場發射器的場發射源時，碳納米管22的表面可以通過等離子體處理平坦地形成。因此，可以獲得穩定的場發射且延長了場發射器的壽命。
雖然參考其示範性實施例具體顯示和描述了本發明，然而本領域的一般技術人員可以理解在不脫離權利要求所界定的本發明的精神和範圍的條件下，可以作出形式和細節上的不同變化。
權利要求
1.一種穩定場發射器的方法，所述場發射器使用碳納米管作為場發射源，所述方法包括在所述碳納米管上執行等離子體處理。
2.如權利要求1所述的方法，其中執行所述等離子體處理包括在處理室內安裝具有所述碳納米管的所述場發射器；從所述處理室內去除氣體並用等離子體形成氣體充滿所述處理室；和對所述處理室施加電壓以產生等離子體，且在場發射器上執行所述等離子體處理。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述場發射器包括下電極，在所述下電極上形成有碳納米管。
4.如權利要求2所述的方法，其中上電極安裝於所述處理室的上部分中且面對所述碳納米管。
5.如權利要求2所述的方法，其中所述等離子體形成氣體包括惰性氣體、N2、O2和H2的至少一種。
6.如權利要求2所述的方法，其中用所述等離子體形成氣體充滿所述處理室包括維持所述處理室的真空度至少在10-3Torr。
7.如權利要求2所述的方法，其中施加於所述處理室的電壓至少為10V。
8.如權利要求2所述的方法，其中所述等離子體處理執行至少10秒。
全文摘要
本發明提供一種穩定場發射器的方法。該方法包括在場發射器的碳納米管上執行等離子體處理。等離子體處理平坦化碳納米管的表面，穩定碳納米管的電流密度且增加場發射器的耐久性。
文檔編號H01J1/30GK1702806SQ20051007382
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月24日 優先權日2004年5月29日
發明者金元錫, 金起永, 李常賢, 許廷娜, 李玹姃 申請人:三星Sdi株式會社