專利名稱：一種玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜成型技術(shù)，特別是涉及一種用于制備場(chǎng)發(fā)射顯示陰極的屬于碳膜 生長(zhǎng)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于碳膜甚佳的場(chǎng)發(fā)射特性，被廣泛地應(yīng)用于制作場(chǎng)發(fā)射陰極，這種陰極可以 用以需要電子流的器件和裝置中，如真空微波管，電子加速器，平板顯示器等，而 應(yīng)用于平板顯示器中被認(rèn)為是最有前景的方向。碳膜有多種形態(tài)，包括類金剛石薄 膜，碳納米管，碳顆粒薄膜等，目前應(yīng)用最多的就是碳納米管。碳膜目前主要的制 備方法為先在襯底上制作一層鐵、鈷、鎳等催化劑，然后在催化劑上直接生長(zhǎng)碳膜， 可以定向生長(zhǎng)成所需要的圖形。碳納米管還有一種制備方法是將制成的碳納米管用 印刷、電鍍等方法，在襯底上制作出所需圖形。兩種方法各有千秋，都被廣泛應(yīng)用， 但要制作碳顆粒和類金剛石薄膜就只能用直接生長(zhǎng)法。
在直接生長(zhǎng)法中， 一般所需的生長(zhǎng)溫度都在700'C以上，故多用耐高溫的硅片 作為襯底，或直接用催化劑鐵片、鈷片、鎳片等為襯底，成本較大，嚴(yán)重限制其實(shí) 際應(yīng)用的發(fā)展。如圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)中以硅片為襯底，帶有鐵、鈷、鎳等催化劑 的襯底結(jié)構(gòu)圖，ll為硅片襯底，12為催化劑薄膜；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中直接以鐵 鈷鎳片催化劑為襯底生長(zhǎng)碳膜的結(jié)構(gòu)示意圖，21為鐵片、鈷片或鎳片，22為生長(zhǎng)的 碳膜。如果在60(TC以下生長(zhǎng)，就可以在玻璃襯底上直接生長(zhǎng)，但是生長(zhǎng)出來(lái)的碳 膜質(zhì)量往往就較差，發(fā)射的均勻性不理想，薄膜與襯底的附著力不好，碳膜極易受
損o

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能在 玻璃襯底上低溫生長(zhǎng)出質(zhì)量佳、性能好且能滿足實(shí)際應(yīng)用的碳膜的，成本低廉，工 藝簡(jiǎn)單的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法， 其特征在于，按如下具體制作步驟進(jìn)行
1) 在玻璃上沉積一層鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦等金屬薄膜；
2) 在這些金屬薄膜上沉積鐵、鈷、鎳、鈀等金屬薄膜；
3) 然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為400'C ~600°C。
進(jìn)一步地，所述步驟l)中催化劑的糴屬薄膜的厚度為0. lnm至50rnn，所述步 驟2)中金屬薄膜的厚度為10nm至50nm。
進(jìn)一步地，所述步驟l)、步驟2)中的作為催化劑薄膜的金屬薄膜可以通過(guò)電 子束蒸發(fā)，濺射方法制備。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種玻璃襯底上制備堅(jiān)固碳膜的方法，其特征在于， 按如下具體制作步驟進(jìn)行
1) 玻璃上沉積鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦與鐵、鈷、鎳、鈀的合金 或氧化物作為催化劑；
2) 然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為40(TC 600。C。
進(jìn)一步地，所述步驟1)在制作合金薄膜催化劑時(shí)，利用電子束蒸發(fā)的真空鍍 膜系統(tǒng)，采用多組分共蒸發(fā)的方法，可以任意控制薄膜的組分和厚度。 進(jìn)一步地，所述步驟l)中其合金薄膜厚度為10nm至500nm。
進(jìn)一步地，所述步驟1)中的催化劑薄膜金屬氧化物可以通過(guò)電子束蒸發(fā)，氧 化氣氛濺射，金屬熱處理等方法制備。
本發(fā)明提供的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)-首先解決了一直以來(lái)只能在硅片上生長(zhǎng)高廣量碳膜的難題，降低了材料成本和工藝 難度；其次可以簡(jiǎn)單地控制生長(zhǎng)碳膜的密度，獲得所需形態(tài)的碳膜。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中以硅片為襯底，帶有鐵、鈷、鎳等催化劑的襯底結(jié)構(gòu)圖2是現(xiàn)有技術(shù)中直接以鐵鈷鎳片催化劑為襯底生長(zhǎng)碳膜的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的以玻璃為襯底，帶有雙層金屬薄膜的襯底結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明的以玻璃為襯底，帶有金屬與催化劑合金或金屬氧化物的襯底結(jié) 構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于 限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種玻璃襯底上制備堅(jiān)固碳膜的方法，其特征在于，按 如下具體制作步驟進(jìn)行
1) 在玻璃上沉積一層鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、、錫、鉍、銻、銦等金屬薄膜；
2) 再在這些金屬薄膜上沉積鐵、鈷、鎳、鈀；
3) 然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為40(TC 600。C。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種玻璃襯底上制備堅(jiān)固碳膜的方法，其特征在于，
按如下具體制作步驟進(jìn)行1) 以鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦與鐵、鈷、鎳、鈀的合金或氧化物 作為催化劑；
2) 然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為400'C 600。C。
本發(fā)明在制作合金薄膜催化劑時(shí)，利用電子束蒸發(fā)的真空鍍膜系統(tǒng)，采用多組 分共蒸發(fā)的方法，可以任意控制薄膜的組分和厚度。當(dāng)先在玻璃上沉積金屬，再沉 積催化劑薄膜時(shí)，催化劑薄膜的厚度為0. l咖至50nrn，金屬薄膜的厚度為10nm至 50mn。當(dāng)在玻璃上直接沉積金屬與催化劑的合金或氧化物時(shí)，其厚度為10nm至 500nm。本發(fā)明所述的催化劑薄膜金屬氧化物可以通過(guò)電子束蒸發(fā)，氧化氣氛濺射， 金屬熱處理等方法制備。
本發(fā)明的核心是改善用以生長(zhǎng)碳膜的催化劑薄膜的表面狀態(tài)及催化劑和玻璃襯
底之間的結(jié)合力，即先在玻璃上用電子'束i發(fā)或磁控濺射法沉積一層鉻、鉑、鉬、
鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦等金屬薄膜，厚度為10nm至50nm，再在這些金屬上沉積 鐵、鈷、鎳、鈀作為催化劑，厚度為0. lnm至50nm，然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法 生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為400'C 600'C。如圖3所示為以玻璃為襯底， 帶有雙層金屬薄膜的襯底結(jié)構(gòu)圖，31為玻璃襯底，32為鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、、錫、 鉍、銻、銦等金屬薄膜，33為鐵、鈷、鎳或鈀等催化劑。由于直接在帶有催化劑薄 膜的玻璃上生長(zhǎng)出的碳膜與襯底之間的結(jié)合力比較小，碳膜容易脫落，而增加了一 層金屬薄膜襯底后，情況可以大大改善。
本發(fā)明的另一種方法是直接在玻璃襯底上沉積鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、 銻、銦與鐵、鈷、鎳、鈀的合金或金屬催化劑的氧化物作為催化劑，其厚度為lOnra 至500ntn。然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜。如圖4所示為本發(fā)明的以玻璃 為襯底，帶有金屬與催化劑合金或金屬氧化物的襯底結(jié)構(gòu)圖，41為玻璃襯底，42為 金屬與催化劑合金或金屬氧化物。
實(shí)施例1:
襯底用液晶玻璃，先在玻璃上通過(guò)電子束蒸發(fā)的方法沉積一層厚度為50nrn的 鉑薄膜，再用電子束蒸發(fā)的方法沉積0.511111厚的金屬鎳薄膜作為催化劑，然后在真 空中用熱化學(xué)氣相沉積法制備碳膜。襯底溫度為50(TC，氣體用乙炔和氨氣，壓強(qiáng) 為20KPa。
實(shí)施例2:
襯底用液晶玻璃，先在玻璃上通過(guò)電子束蒸發(fā)的方法沉積一層厚度為15nm的 鉻薄膜，再用磁控濺射的方法沉積10nm厚的金屬鈀薄膜作為催化劑，然后在真空 中用熱化學(xué)氣相沉積法制備碳膜。襯底溫度為460°C，氣體用乙炔和氫氣，壓強(qiáng)為 20KPa。
實(shí)施例3:
襯底用液晶玻璃，先用電子束共蒸發(fā)的方法沉積l: l配比的鎳鉻合金薄膜，然
后在真空中用熱化學(xué)氣相沉積法制備碳膜。襯底溫度為550'C，氣體用乙炔和氫氣， 壓強(qiáng)為20KPa。 實(shí)施例4:
襯底用液晶玻璃，先在玻璃上通過(guò)反應(yīng)濺射的方法沉積一層厚度為18nm氧化 鈀，再在真空中用熱化學(xué)氣相沉積法制備碳膜。襯底溫度為500'C,氣體用乙炔和 氫氣，壓強(qiáng)為20KPa。
實(shí)施例5:
襯底用液晶玻璃，先在玻璃上用磁控濺射的方法沉積15nm的鈀薄膜，再經(jīng)過(guò) 600度的空氣中燒結(jié)，然后在真空中用熱化學(xué)氣相沉積法制備碳膜。襯底溫度為500 °C，氣體用乙炔和氫氣，壓強(qiáng)為20KPa。玻璃并沒(méi)有軟化。
權(quán)利要求
1、一種玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，按如下具體制作步驟進(jìn)行1)先在玻璃上沉積一層鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦中的任何一種金屬薄膜；2)再在所述金屬薄膜上沉積鐵、鈷、鎳、鈀中的任何一種金屬的薄膜；3)然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為400℃～600℃。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步驟1)中金屬薄膜的厚度為0. lnm至50nm，所述步驟2)中金屬薄膜的厚度為10nm 至50nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步驟l)、步驟2)中的金屬能通過(guò)電子束蒸發(fā)，濺射方法制備。
4、 一種玻璃襯底上制備堅(jiān)固碳膜的方法，其特征在于，按如下具體制作步驟進(jìn)行1) 在玻璃上沉積鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦中的任何一種金屬與鐵、 鈷、鎳、鈀中的合金或其金屬氧化物作為催化劑；2) 然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜，生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為40(TC^600。C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步驟1)在制作合金薄膜催化劑時(shí)，利用電子束蒸發(fā)的真空鍍膜系統(tǒng)，采用多組分 共蒸發(fā)的方法，能任意控制薄膜的組分和厚度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，所述 步驟1 )中其合金薄膜厚度為lOnm至500nm。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，其特征在于，所述步驟1)中的催化劑薄膜金屬氧化物能通過(guò)電子束蒸發(fā)，氧化氣氛濺射，金屬熱處 理方法制備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種玻璃襯底上制備牢固碳膜的方法，涉及薄膜成型技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明以玻璃為襯底，先在玻璃上沉積一層鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦，等金屬，再在這些金屬上沉積鐵、鈷、鎳、鈀，或直接在玻璃上沉積鉻、鉑、鉬、鉭、鈦、錫、鉍、銻、銦等與鐵、鈷、鎳、鈀的合金或其金屬氧化物作為催化劑，然后用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳膜。合金薄膜采用電子束共蒸發(fā)的沉積裝置，可以任意控制合金薄膜的成分；生長(zhǎng)碳膜時(shí)的襯底溫度為400℃～600℃。本發(fā)明成功地解決了在玻璃襯底上生長(zhǎng)碳膜的牢固度問(wèn)題及低溫條件下生長(zhǎng)高質(zhì)量碳膜的問(wèn)題，并可以控制生長(zhǎng)碳膜的密度。
文檔編號(hào)C03C17/36GK101182131SQ20061011833
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者縝 華, 曹章軼, 王紅光 申請(qǐng)人:上海廣電電子股份有限公司