直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極的製作方法
2023-05-13 05:09:31 3
專利名稱：直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極的製作方法
技術領域：
本發明屬於真空電子發射型平板顯示技術領域，特別涉及一種直流驅動方式工作的平面型場發射陰極的結構。
MIM陰極的工作原理如下在上下電極之間加正電壓，產生高電場。在強電場的作用下，下電極中的電子靠隧道效應發射到介質層中，並在介質層中經歷電場加速和散射作用，最終獲得一定的能量，能量大的電子能夠穿透很薄的金屬上電極(小於10納米)，克服金屬表面勢壘，發射到真空中。
現有MIM結構中，比較成功的是日本日立公司研製的一種，其介質層採用的是陽極氧化製備的三氧化二鋁。這種陰極發射電流可以滿足高亮度平板顯示的需要，同時發射電流的均勻性也比較好。這種陰極的最大問題是介質層厚度只有10納米左右，因此單位面積的電容很大，衝放電時間常數也大，使得它只能用於小面積顯示器件，其對角尺寸一般小於5英寸。在單一的氧化鋁作介質層的MIM結構陰極中，驅動電場高達1伏特/納米以上。增加介質層厚度可以減小極間電容，但當該層厚度達到200納米時，驅動電壓將高達200伏特以上，導致驅動電路成本提高，而且工作可靠性大大降低。
本發明是通過如下技術方案實現的一種直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，包括玻璃基板、下電極、介質層和上電極，其特徵在於所述的介質層由一種從高電子親和勢材料逐步變化到低電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。
所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬氧化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬氧化物。
所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬硫化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬硫化物。
所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的氧化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的氧化鋅鎂。
所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的硫化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的硫化鋅鎂。
本發明的組分漸變介質層一般可以用直流或射頻濺射的方法製備，其厚度可以控制在10納米到1000納米之間。對於大面積顯示器件，厚度較大，以期得到較小的單位面積電容。
由於靠近下電極處介質層的電子親和勢較高，電子容易注入到其中，最小驅動電場可以小於0.1伏特/納米，因此即使介質層厚度達到200納米，所需要的驅動電壓也不會超過50伏特。該器件單位面積電容小，驅動電壓適中，因此適於大面積顯示器件。可以採用簡單的濺射工藝製備各層薄膜，適用於大批量生產。
圖2為本發明結構原理示意圖。
本結構中，當上下電極之間加正電壓時，電子從下電極2注入到介質層3中，在其中得到加速，隨後到達上電極4。穿過厚度較小的上電極4後，克服表面勢壘發射到真空中。
實施例1下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從氧化鋅經氧化鋅鎂(ZnxMg1-xO)過渡到氧化鎂，鎂組分從零漸變過渡到100％，介質層厚度為450納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於100伏特的驅動電壓下，得到大於0.5mA/cm2的發射電流。
實施例2下電極用100納米厚的金屬鎳薄膜，介質層從氧化鋅過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的氧化鋅鎂，介質層厚度為150納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於25伏特的驅動電壓下，得到大於1mA/cm2的發射電流。
實施例3下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的氧化鋅鎂過渡到氧化鎂，介質層厚度為10納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於6伏特的驅動電壓下，得到大於5mA/cm2的發射電流。
實施例4下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的氧化鋅鎂過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的氧化鋅鎂，介質層厚度為100納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於25伏特的驅動電壓下，得到大於1mA/cm2的發射電流。
實施例5下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從硫化鋅經硫化鋅鎂過渡到硫化鎂，鎂組分從零漸變過渡到100％，介質層厚度為150納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於35伏特的驅動電壓下，得到大於2mA/cm2的發射電流。
實施例6下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從硫化鋅過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的硫化鋅鎂，介質層厚度為15納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於5伏特的驅動電壓下，得到大於5mA/cm2的發射電流。
實施例7下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的硫化鋅鎂過渡到硫化鎂，介質層厚度為200納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於50伏特的驅動電壓下，得到大於2mA/cm2的發射電流。
實施例8下電極用100納米厚的金屬鉬薄膜，介質層從鋅鎂摩爾比5∶1的硫化鋅鎂過渡到鋅鎂摩爾比為1∶2的硫化鋅鎂，介質層厚度為600納米。上電極用6納米厚的金膜。在小於125伏特的驅動電壓下，得到大於0.5mA/cm2的發射電流。
權利要求
1.一種直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，包括玻璃基板、下電極、介質層和上電極，其特徵在於所述的介質層由一種從高電子親和勢材料逐步變化到低電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。
2.根據權利要求1所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，其特徵在於所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬氧化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬氧化物。
3.根據權利要求1所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，其特徵在於所述的組分漸變介質層從下到上是由高電子親和勢的金屬硫化物逐步過渡到低電子親和勢的金屬硫化物。
4.根據權利要求2所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，其特徵在於所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的氧化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的氧化鋅鎂。
5.根據權利要求3所述的直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，其特徵在於所述的組分漸變介質層是從鎂含量低的硫化鋅鎂逐步過渡到鎂含量高的硫化鋅鎂。
全文摘要
直流工作的介質層組分漸變薄膜場發射陰極，涉及一種直流驅動方式工作的平面型場發射陰極的結構設計。本發明由玻璃基板、下電極、介質層和上電極組成，所述的介質層是由低電子親和勢材料逐步變化到高電子親和勢材料的組分漸變介質構成的。本發明適於直流驅動方式工作，與現有技術相比，具有單位面積電容小，適於大面積平板顯示器件中的電子發射陰極，同時具有製備技術簡單、適於大批量生產的特點。
文檔編號H01J1/30GK1417828SQ0214886
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月22日 優先權日2002年11月22日
發明者李德傑, 萬媛, 卜東生 申請人:清華大學, 上海廣電電子股份有限公司