CN101093771A - 碳纳米管场发射体及其制造方法 - Google Patents

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柳鹏
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Abstract

本发明提供一种碳纳米管场发射体，其包括阴极、阳极、位于阴极与阳极之间的栅极、用作发射单元的碳纳米管和将栅极与阴极隔开一定距离的支撑体，该碳纳米管的一个端面与阴极电性相连，所述栅极与支撑体之间设置有绝缘体。该碳纳米管场发射体可防止栅极与碳纳米管之间发生短路。

Description

碳纳米管场发射体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种场发射体及其制造方法，尤其是一种碳纳米管场发射体及其制造方法。
背景技术
场发射显示装置是继阴极射线管显示装置及液晶显示装置之后，最具发展潜力的平面显示装置。相对于传统的各种显示装置，场发射显示装置具有显示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点，尤其是基于碳纳米管的场发射显示装置，即碳纳米管场发射显示装置，越来越受到重视。
碳纳米管首先是由日本研究人员发现，并发表在《自然》杂志(Nature，Vol.354，Nov.7，1991，第56-58页)。碳纳米管是一种新型碳材料，其具有极优异的导电性能，以及几乎接近理论极限的尖端表面积，由于尖端表面积越小，其局部电场越集中，场增强因数越大，因此，碳纳米管为已知最好的场发射材料之一，其具有极低的开启电场(大约2伏/微米)，可传输极大的电流密度，并且发射电流极稳定，因而非常适合做场发射显示装置的电子发射体。随着碳纳米管生长技术的日益成熟，碳纳米管场发射显示装置的研究已经取得一系列重要进展。
一般而言，场发射显示器的结构可分为二极型和三极型。所谓二极型即包括阳极和阴极的场发射结构，这种结构由于需要施加高电压，而且均匀性以及电子发射难以控制，驱动电路成本高，基本上不适合高分辨率显示器的实际应用。三极型结构则是在二极型结构的基础上改进，增加栅极来控制电子发射，可以实现较低电压条件下发出电子，而且电子发射容易通过栅极来精确控制。
传统的碳纳米管场发射体包括阴极、阳极、位于二者之间的栅极。阴极和栅极通过阻隔层间隔一定距离。阴极上设有多个碳纳米管发射体。碳纳米管的高度接近或者超过阻隔层的高度，则碳纳米管顶端与栅极接触，从而造成阴极和栅极之间短路。另外，碳纳米管发出的电子也会直接打到栅极上，造成漏电，降低场发射体的发光效率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可防止栅极与阴极之间短路，又不会造成漏电的碳纳米管场发射体及其制造方法。
一种碳纳米管场发射体，其包括阴极、阳极、位于阴极与阳极之间的栅极、用作发射单元的碳纳米管以及将栅极与阴极隔开一定距离的支撑体，该碳纳米管的一个端面与阴极电性相连，所述栅极与支撑体之间设置有绝缘体。
一种碳纳米管场发射体的制造方法，包括：形成形成阴极；在阴极上形成绝缘层；在绝缘层上形成栅极层；蚀刻栅极层、绝缘层形成栅极和栅极孔；在阴极上对应栅极孔位置处生成碳纳米管。
与现有技术相比，所述碳纳米管场发射体栅极与支撑体之间设置有绝缘体，该绝缘体有效阻止碳纳米管从下方与栅极接触，减少短路发生的几率，同时阻挡碳纳米管发出的电子发射到栅极，减小漏电，使碳纳米管场发射体具有较佳的发光效率。
附图说明
图1是本发明实施例碳纳米管场发射体截面示意图。
图2是提供基板之示意图。
图3是在基板上形成介质层之示意图。
图4是形成阴极之示意图。
图5是形成阻隔层之示意图。
图6是形成绝缘层之示意图。
图7是形成栅极层之示意图。
图8是形成通孔、栅极孔之示意图。
图9是在阴极上对应通孔位置处形成催化剂层之示意图。
图10是形成发射体碳纳米管之示意图。
图11是形成阳极之示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1所示为本发明实施例提供的碳纳米管场发射体20。该碳纳米管场发射体20包括阴极3、支撑体4、绝缘体5、栅极6以及阳极8。
该阴极3上设置有作为电子发射体的碳纳米管7，该碳纳米管7的一端面与阴极3电性连接。
该支撑体4位于阴极3和栅极6之间，以将二者隔开一定距离，该支撑体4可由普通的绝缘材料，如二氧化硅构成，也可以选用二次电子发射系数较高的绝缘材料，如氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)和氧化锌(ZnO)中的一种或几种。该支撑体4具有若干通孔9以暴露出阴极3。
该绝缘体5位于该支撑体4上，其可由氮化硅(Si3N4)构成，厚度在0.1微米至1微米之间。
该栅极6设置于该绝缘体5上，即绝缘体5位于支撑体4与栅极6之间。该栅极6上对应通孔9处设置有栅极孔10，碳纳米管7发出的电子通过栅极孔10发射到阳极8上。
本实施例中，阴极3、栅极6为条形电极，阳极8为平面电极。可选择地，阴极3、栅极6也可以为阵列式排布。
该碳纳米管场发射体20的栅极6与支撑体4之间具有绝缘体5，该绝缘体5可有效阻止碳纳米管7从下方与栅极6接触，减少短路发生的几率，同时阻挡碳纳米管7发出的电子发射到栅极6上，减小漏电的发生。
请参阅图2至图11，其为碳纳米管场发射体制作过程示意图。
如图2及图3所示，提供一基板31，并在基板31上形成介质层32。
如图4及图5所示，在介质层32上形成阴极33，并在阴极33上形成阻隔层34，该阻隔层34可由二氧化硅材料构成，采用化学气相沉积法或者等离子增强化学气相沉积法制得。
如图6所示，在阻隔层34上形成绝缘层35，该绝缘层35可由氮化硅构成，采用化学气相沉积法或者等离子增强化学气相沉积法制得。
如图7所示，在绝缘层35上形成栅极层36。
如图8所示，蚀刻栅极层36、绝缘层35以及阻隔层34形成栅极孔40、通孔39、支撑体341、绝缘体351以及栅极361，该蚀刻方法可以是干法各向同性蚀刻或者湿法各向同性蚀刻。
如图9及图10所示，在阴极33对应通孔39位置处，沉积催化剂层41并生成碳纳米管37作为电子发射体，可采用现有技术生成碳纳米管37，如化学气相沉积法。
如图11所示，在栅极361上面形成阳极38以生成碳纳米管场发射体。
可选择地是，在形成阻隔层34后直接蚀刻阻隔层34形成通孔39、支撑体341，然后在相邻通孔39之间的支撑体341上形成绝缘体351、栅极361，相邻栅极361之间即为栅极孔40。最后，在阴极33对应通孔39位置处沉积催化剂层41以生成碳纳米管37。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管场发射体，包括阴极、阳极、位于阴极与阳极之间的栅极，用作发射单元的碳纳米管和将栅极与阴极隔开一定距离的支撑体，所述碳纳米管的一个端面与阴极电性相连，其特征在于：所述栅极与支撑体之间设置有绝缘体。
2.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于：所述绝缘体为防短路保护体。
3.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于：所述绝缘体完全覆盖栅极下表面。
4.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于：所述绝缘体的材料为氮化硅。
5.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于：所述绝缘体的厚度在0.1微米至1微米之间。
6.一种碳纳米管场发射体的制造方法，包括：
形成阴极；
在阴极上形成绝缘层；
在绝缘层上形成栅极层；
蚀刻栅极层、绝缘层形成栅极和栅极孔；
在阴极上对应栅极孔位置处生成碳纳米管。
7.如权利要求6所述的碳纳米管场发射体的制造方法，其特征在于：进一步包括形成绝缘层之前在阴极上形成阻隔层，蚀刻阻隔层形成支撑体。
8.如权利要求6所述的碳纳米管场发射体的制造方法，其特征在于：形成栅极孔的方法包括干法各向同性蚀刻和湿法各向同性蚀刻。
9.如权利要求6所述的碳纳米管场发射体的制造方法，其特征在于：采用化学气相沉积法生成碳纳米管。
10.如权利要求7所述的碳纳米管场发射体的制造方法，其特征在于：采用化学气相沉积法或者等离子增强化学气相沉积法形成阻隔层和绝缘层。
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