用于FED陰極的碳納米管薄膜改性及其場發(fā)射性能研究.pdf

1、場發(fā)射顯示器件具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)：體型纖薄、畫質(zhì)優(yōu)良、視角寬闊、響應(yīng)迅速、便于數(shù)字化控制、抗電磁干擾能力強(qiáng)等，被認(rèn)為是取代CRT的理想平板顯示器件。碳納米管長徑比很大、化學(xué)穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)高，是一種理想的場發(fā)射電子源。利用絲網(wǎng)印刷或涂敷工藝可以方便地制備出無序碳管薄膜，而且成本很低，易于量產(chǎn)，適合制作大面積顯示器。但是，按照這種工藝制備的碳管薄膜的場發(fā)射能力、均勻性和穩(wěn)定性都有待進(jìn)一步提高。由于目前合成技術(shù)的限制，制備具有特定功能的碳管成

2、本較高，難度較大，通過適當(dāng)方法對碳管表面進(jìn)行改性是一個(gè)提高其場發(fā)射能力的捷徑。 本論文圍繞絲網(wǎng)印刷和涂敷法制備的多壁碳管薄膜場發(fā)射性能的改善，完成了以下主要工作： (1)采用CVD方法成功制備了MWCNTs。對絲網(wǎng)印刷工藝制備的二電極和三電極結(jié)構(gòu)FED的場發(fā)射能力進(jìn)行了對比，證實(shí)三電極結(jié)構(gòu)優(yōu)于二電極結(jié)構(gòu)。粉末涂敷法制備的碳管陰極薄膜場發(fā)射性能優(yōu)于漿料印刷法，但其發(fā)射的穩(wěn)定性不理想。 (2)變溫電阻率測試和場發(fā)射性

3、能實(shí)驗(yàn)表明：MWCNTs薄膜的電阻率具有明顯的負(fù)溫度熱敏特性(溫度越高，電阻率越小)。其場發(fā)射性能易受環(huán)境溫度影響，溫度升高，場發(fā)射能力增強(qiáng)。這可能源于MWCNTs功函數(shù)的降低、參與場發(fā)射碳管β因子分布的展寬、Ag/MWCNTs界面電輸運(yùn)特性的變化以及陰極薄膜的局部高溫等因素。這一工作提示碳管薄膜型FED的設(shè)計(jì)和開發(fā)要注意控制溫度效應(yīng)。 (3)采用248nm的KrF準(zhǔn)分子脈沖激光對絲網(wǎng)印刷的MWCNTs薄膜進(jìn)行了激光燒蝕處理，發(fā)

4、現(xiàn)特定能量的激光燒蝕處理能夠降低碳管場發(fā)射開啟電壓、增加發(fā)射電流，有效改善碳管陰極薄膜的場發(fā)射性能，但過高能量(大于165mJ)的激光處理會(huì)抑制MWCNTs的場發(fā)射。其作用機(jī)制可以理解為“光燒蝕作用”和“熱燒蝕作用”兩種效應(yīng)。激光處理改性碳管薄膜的方法新穎簡便，不接觸樣品，易于定量控制和工業(yè)應(yīng)用，具有一定創(chuàng)新性，目前相關(guān)研究報(bào)道尚不多見。 (4)直接給碳管漿料中添加納米Ni粉后，樣品導(dǎo)電能力增強(qiáng)。Ni—MWCNTs薄膜場發(fā)射能力

5、有所提高，但并不顯著。用化學(xué)還原反應(yīng)的方法給MWCNTs包覆Ti原子/團(tuán)簇的實(shí)驗(yàn)，較難控制樣品中的有效成份，場發(fā)射性能表現(xiàn)不佳。 (5)用磁控濺射方法給MWCNTs樣品表面濺射適當(dāng)厚度Ti膜，樣品表面導(dǎo)電性得到改善，場發(fā)射能力顯著提高。場發(fā)射開啟電壓大幅降低，發(fā)射電流激增，尤其是鍍膜樣品表現(xiàn)了非常良好的時(shí)間穩(wěn)定性。用磁控濺射鍍Ti改性碳管的處理方法，不引入其它雜質(zhì)，可以很好地控制場發(fā)射改良效果，而且成本較低，便于量產(chǎn)。