CN104183440A - 纳米硅电子源及其制备方法与荧光灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米硅电子源及其制备方法与荧光灯，所述纳米硅电子源包括底部电极以及涂覆在所述底部电极上的晶体硅层，所述晶体硅层包括蜂窝状均匀排列的纳米级硅通道。所述纳米级硅通道具有光滑内壁。所述纳米级硅通道的直径为1~10nm。本发明的纳米硅电子源，可降级电子的无序散射，提高荧光灯的电光转换效率，实现性能上的改善，另外其制备方法易于实现。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域，涉及一种荧光灯，尤其涉及一种荧光灯的纳米硅电子源及其制备方法。
背景技术
荧光灯的工作原理是在荧光灯内充入惰性气体和汞后，由直流、工频或高频电场产生电子，电子穿过硅晶体，激发密封在荧光灯真空管内的惰性气体和汞产生紫外线，紫外线可进一步激发涂在荧光灯真空管内壁的荧光粉发光，使不同类型的荧光粉发出不同颜色的光。因此荧光灯的电光转换效率由电子与硅的相互作用决定。现有电子源硅结构中的晶粒大小不一，难以做到有序排列，这就使得电子在硅中发生不规则散射，大大降低了电子的寿命和电子转换效率。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种纳米硅电子源，即在电子源的硅结构中引入规则有序的纳米硅结构，保证了电子发射的稳定性和内部晶体硅层的均匀性，提高了荧光灯的电光转换效率。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种纳米硅电子源，其包括底部电极以及涂覆在所述底部电极上的晶体硅层，所述晶体硅层包括蜂窝状均匀排列的纳米级硅通道。
所述纳米级硅通道具有光滑内壁。
所述纳米级硅通道的直径为1~10nm。
所述纳米级硅通道的直径为1~5nm。
所述纳米级硅通道之间设有间隙，且所述间隙相等。
一种纳米硅电子源的制备方法，包括如下步骤：
首先设计好尺寸在纳米级结构的掩膜板图案，并选取晶体硅作为基底材料；
再应用光刻技术，将所述掩膜板图案掩膜到所述基底材料上；
然后通过反应离子刻蚀的方法，对所述基底材料进行刻蚀，以在所述基底材料上形成均匀排列的的所述纳米级硅通道；
最后在所述基底材料上沉积生长一层金属电极材料。
所述纳米级硅通道的直径为1~5nm。
所述纳米级硅通道之间设有间隙，且所述间隙相等。
所述金属电极材料为铝。
本发明针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种荧光灯，所述荧光灯包括真空灯管，以及设置在灯管内的上述纳米硅电子源、表面电极玻璃板和涂布于该表面电极玻璃板的荧光体层。
与现有技术相比，本发明的纳米硅电子源及其制备方法与荧光灯，存在以下的优点：
1、纳米硅电子源的结构的制备方法易于实现，可以运用现有的纳米加工技术结构实现结构改造；
2、纳米硅电子源的结构可降级电子的无序散射，提高荧光灯的电光转换效率，实现性能上的改善。
附图说明
图1是具有本发明的纳米硅电子源的荧光灯结构图。
图2是本发明的纳米硅电子源的剖视图。
其中附图标记说明如下：纳米硅电子源1、底部电极11、晶体硅层12、纳米硅通道121、纳米硅通道122、表面电极玻璃板2、荧光体层3、外接电源4。
具体实施方式
以下结合附图与实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。
请参阅图1，本发明的荧光灯，包括充有氩气和少量的汞真空灯管，以及设置在灯管内的纳米硅电子源1、表面电极玻璃板2和涂布于该表面电极玻璃板的荧光体层3。在接入外接电源4后，在交流电压作用下，纳米硅电子源1放射出电子，使液态汞蒸发成为汞蒸气，在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而跃迁到基态，并辐射出紫外线，荧光体层3的荧光粉吸收紫外线的辐射后即发出可见光，整个过程为电光转化的过程。
其中，纳米硅电子源1是电光转化的关键，其包括底部电极11以及涂覆在底部电极11上的晶体硅层12。
请参阅图2，晶体硅层12是由蜂窝状的纳米级硅通道均匀排列而成的结构，此处的蜂窝状是指纳米级硅通道之间的密集程度，而非具体形状。纳米级硅通道之间（如纳米硅通道121和纳米硅通道122）设有间隙。优选地，每个纳米级硅通道间的间隙相等，间隙和纳米级硅通道的直径在同一个数量级。这样，晶体硅层12便具有了规则有序的通道结构以及光滑的内壁结构。而且在晶体硅层12的结构中，纳米级硅通道的直径在1~10nm，优选为1~5nm，保证了纳米级硅通道分布的均匀性。当在荧光灯两端施加电压时，晶体硅层12的纳米级硅通道放射出弹道电子，电子即可进行无紊乱的传导。
下面介绍上述纳米硅电子源的制备方法，主要包括如下步骤：
首先设计好尺寸在纳米级结构的掩膜板图案，并选取晶体硅作为基底材料；
再应用光刻技术，将掩膜板图案掩膜到基底材料上，掩膜板图案为蜂窝状均匀排列的圆孔，优选地，圆孔之间设有间隙，且间隙均相等；
然后通过反应离子刻蚀的方法，对基底材料进行刻蚀，以在基底材料上形成有序的纳米级硅通道，即形成了晶体硅层12；
最后在基底材料上沉积生长一层金属电极材料，即形成了底部电极11，优选地，金属电极材料为铝。
上述制备方法简单易行，适合大批量工业生产。
本发明的纳米硅电子源1，通过物理化学纳米级加工技术，对晶体硅层12进行工艺改造，设计成均匀排列的纳米级硅通道结构，使其具有有序的通道结构以及光滑的内壁结构，使放射出的电子可进行无紊乱的传导，有效降低内部电子的散射，实现电子束的增强，提高电子发射的稳定性，从而达到荧光灯电光转化效率的提高，从结构上改善了荧光灯的光电性能。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种纳米硅电子源，其包括底部电极以及涂覆在所述底部电极上的晶体硅层，其特征在于，所述晶体硅层包括蜂窝状均匀排列的纳米级硅通道。
2.根据权利要求1所述的纳米硅电子源，其特征在于，所述纳米级硅通道具有光滑内壁。
3.根据权利要求2所述的纳米硅电子源，其特征在于，所述纳米级硅通道的直径为1~10nm。
4.根据权利要求3所述的纳米硅电子源，其特征在于，所述纳米级硅通道的直径为1~5nm。
5.根据权利要求4所述的纳米硅电子源，其特征在于，所述纳米级硅通道之间设有间隙，且所述间隙相等。
6.一种纳米硅电子源的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先设计好尺寸在纳米级结构的掩膜板图案，并选取晶体硅作为基底材料；
再应用光刻技术，将所述掩膜板图案掩膜到所述基底材料上；
然后通过反应离子刻蚀的方法，对所述基底材料进行刻蚀，以在所述基底材料上形成均匀排列的的所述纳米级硅通道；
最后在所述基底材料上沉积生长一层金属电极材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级硅通道的直径为1~5nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级硅通道之间设有间隙，且所述间隙相等。
9.根据根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属电极材料为铝。
10.一种荧光灯，所述荧光灯包括真空灯管，以及设置在灯管内的纳米硅电子源、表面电极玻璃板和涂布于该表面电极玻璃板的荧光体层，其特征在于，所述纳米硅电子源为上述权利要求1至9任一项所述的纳米硅电子源。
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| CN201310201702.1A CN104183440A (zh) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | 纳米硅电子源及其制备方法与荧光灯 |
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| CN101497429A (zh) * | 2009-03-06 | 2009-08-05 | 吉林大学 | 硅中空纳米锥阵列的制备方法 |
| CN101609777A (zh) * | 2009-07-20 | 2009-12-23 | 浙江师范大学 | 多孔硅场发射发光二极管及其制作技术 |
| JP2011175789A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 周期的ナノ構造体の製造方法および電界放射型電子源の製造方法 |
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2013
- 2013-05-27 CN CN201310201702.1A patent/CN104183440A/zh active Pending
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