專利名稱：一種雙絕緣層薄膜場發(fā)射陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空電子發(fā)射型平板顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型平面型雙絕緣層薄膜場發(fā)射陰極。
目前使用的各種MISM結(jié)構(gòu)中，玻璃基板通常是帶有離子隔離層的平板玻璃，離子隔離層可以是二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅等薄膜；下電極層采用鋁、金、鉬等單層金屬薄膜；絕緣層采用二氧化硅、三氧化二鋁等單層絕緣材料；半導(dǎo)體層采用硅或砷化鎵；上電極層采用金、鉑、鋁等單層金屬薄膜。
在上述MISM結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層的作用是增加電子在其中的動能，以期達(dá)到較大的電子發(fā)射。實際上，由于硅薄膜處于非晶態(tài)，電子自由程只有4納米左右，因此電子平均動能小于1電子伏特。由于硅材料的親和勢達(dá)到4電子伏特，因此電子發(fā)射率一般小于0.1％，不能滿足大屏幕高亮度顯示器件的需要。這種MISM結(jié)構(gòu)提出后，由于以上問題沒有解決而導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)沒有得到很好的發(fā)展和應(yīng)用，基本上已經(jīng)被放棄。
本發(fā)明提出一種雙絕緣層薄膜場發(fā)射陰極，包含玻璃基板、下電極層、絕緣層和上電極層，其特征在于所說的絕緣層是由上下兩層絕緣薄膜構(gòu)成。所述下絕緣層是非結(jié)晶絕緣薄膜，上絕緣層是結(jié)晶絕緣薄膜。
如上所述的薄膜場發(fā)射陰極，其下電極層是由雙層金屬薄膜構(gòu)成，下層金屬可以是貴金屬(金、銀、鉑等)、鉻、鎳、鉬中的任何一種，上層金屬是銀、鋁、釩族、鈦族元素中的任何一種；下電極層也可以是由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成，下層是貴金屬(金、銀、鉑等)、鋁、鉻、鎳、鉬中的任何一種，上層是鈦族或釩族氮化物半導(dǎo)體薄膜。
如上所述的薄膜場發(fā)射陰極，其上電極層是由雙層金屬薄膜構(gòu)成，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)；其上電極層也可以由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體薄膜的功函數(shù)。
如上所述的薄膜場發(fā)射陰極，下絕緣層一般采用二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鉿、五氧化二鉭、三氧化二鋁、氮化硅、氮化鋁等非晶態(tài)薄膜，厚度在50到1000納米之間，上絕緣層采用低電子親和勢結(jié)晶薄膜材料，如氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶、硫化鎂、硫化鍶、硫化鈣、氟化鋰、氟化鈉等化合物薄膜，厚度一般在50到500納米之間。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)發(fā)射電流大，發(fā)射率大于0.5％，適合于在高亮度場發(fā)射平板顯示器件應(yīng)用。
(2)器件電容較低，適合大面積器件應(yīng)用。
(3)器件中非晶薄膜耐壓較高，壽命長，達(dá)到實用水平。
圖2是本發(fā)明的金屬-絕緣層-半導(dǎo)體層-金屬型(MISM)場發(fā)射陰極的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)上下電極間加正向電壓時，電子從下電極層注入到下絕緣層的導(dǎo)帶中。由于下絕緣層是非晶態(tài)材料，有較高的耐壓性能，不容易被電場擊穿。電子在下絕緣層中的自由程較小，平均動能也較小。電子從下絕緣層進(jìn)入上絕緣層后，由于上絕緣層是結(jié)晶薄膜，電子的平均自由程較大，因此得到電場的充分加速，獲得足夠的能量。
當(dāng)電子進(jìn)入上電極層后，其中部分能量超過上電極真空能級勢壘的電子可以發(fā)射到真空中。如果上電極是由雙層薄膜組成，則在兩層之間形成接觸電場，當(dāng)上層薄膜的功函數(shù)低于下層薄膜時，接觸電場起到加速電子的作用，能更有效地提高電子發(fā)射能量。
下電極層采用100納米單層半導(dǎo)體氮化鋯薄膜。下絕緣層和上絕緣層分別為200納米的氮化鋁和50納米的硫化鎂薄膜。上電極層采用10納米厚的雙層金-銀膜。在40伏的驅(qū)動電壓下，得到發(fā)射率超過0.5％的場發(fā)射。實施例11下電極層采用金屬-金屬結(jié)構(gòu)，下層金屬薄膜和上層金屬薄膜分別為100納米厚的鉬和50納米厚的鏑薄膜。下絕緣層和上絕緣層分別為200納米的氮化鋁和50納米的硫化鎂薄膜。上電極層采用10納米厚的雙層金-銀膜。在60伏的驅(qū)動電壓下，得到發(fā)射率超過0.5％的場發(fā)射。
下電極層采用100納米厚的鉿薄膜。下絕緣層和上絕緣層分別為200納米的氮化鋁和50納米的硫化鎂薄膜。上電極層采用10納米厚的雙層金-銀膜。在80伏的驅(qū)動電壓下，得到發(fā)射率超過0.5％的場發(fā)射。
下電極層采用金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，下層金屬薄膜和上層半導(dǎo)體薄膜分別為100納米厚的金屬鉬和30納米厚的氮化鋯薄膜。下絕緣層和上絕緣層分別為200納米的氮化硅和50納米的硫化鎂薄膜。上電極層采用10納米厚的氮化鉿膜。在40伏的驅(qū)動電壓下，得到發(fā)射率超過0.5％的場發(fā)射。
權(quán)利要求
1.一種雙絕緣層薄膜場發(fā)射陰極，包含玻璃基板、下電極層、絕緣層和上電極層，其特征在于所說的絕緣層是由上下兩層絕緣薄膜構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的下絕緣層是由非結(jié)晶絕緣薄膜構(gòu)成，上絕緣層是由結(jié)晶絕緣薄膜構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的下電極層是由雙層金屬薄膜構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的下電極層是由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的雙層金屬薄膜的下層金屬是貴金屬、鉻、鎳、鉬中的任何一種，上層金屬是銀、鋁、釩族、鈦族元素中的任何一種。
6.如權(quán)利要求4所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜中的下層是貴金屬、鋁、鉻、鎳、鉬中的任何一種，上層是鈦族或釩族氮化物半導(dǎo)體薄膜。
7.如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的上電極層是由雙層金屬薄膜構(gòu)成，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層金屬的功函數(shù)。
8.如權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的薄膜場發(fā)射陰極，其特征在于所說的上電極層是由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成，其中下層金屬的功函數(shù)高于上層半導(dǎo)體薄膜的功函數(shù)。
全文摘要
一種雙絕緣層薄膜場發(fā)射陰極,屬于真空電子發(fā)射型平板顯示器件技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種薄膜場發(fā)射陰極。本發(fā)明包含玻璃基板、下電極層、絕緣層和上電極層,其中絕緣層是由上下兩層絕緣薄膜構(gòu)成。通常,下絕緣層是非結(jié)晶絕緣薄膜,上絕緣層是結(jié)晶絕緣薄膜。下電極層可以由雙層金屬薄膜構(gòu)成,也可以由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成;上電極層可以由雙層金屬薄膜構(gòu)成,也可以由金屬和半導(dǎo)體雙層薄膜構(gòu)成。本發(fā)明的薄膜場發(fā)射陰極解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)射電流小的問題,電子發(fā)射率大于0.5%,滿足了高亮度場發(fā)射平板顯示器件的使用要求,同時,器件電容較低,器件中非晶薄膜耐壓較高,壽命長,達(dá)到實用水平。
文檔編號H01J1/30GK1352462SQ0114044
公開日2002年6月5日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者李德杰, 萬媛, 卜東生, 王紅光 申請人:清華大學(xué), 上海廣電電子股份有限公司