CN106489186B - 使用石墨烯的电子发射设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种使用石墨烯的电子发射设备及其制造方法被公开。公开的电子发射设备包括：具有至少一个形成在其上的槽的金属支架；至少一个发射器板，其被设置为插入到槽中从金属支架的第一面突出并且包括发射器支撑构件和附接在发射器支撑构件上的石墨烯发射器；设置在金属支架的第一面上的绝缘层；以及栅电极，其被设置在绝缘层上并且包括栅极支撑构件和附接到栅极支撑构件上的石墨烯栅极。

Description

使用石墨烯的电子发射设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子发射设备，更具体地，涉及使用石墨烯的电子发射设备及其制造方法。

背景技术

常规电子发射设备通过在真空中加热诸如钨丝的元件来发射热电子，或者通过向碳纳米管施加电场来发射冷电子。目前，包括使用非常薄的石墨烯作为电子发射源的石墨烯发射器的电子发射设备被研究。包括石墨烯发射器的电子发射设备可以在低电压下被驱动以获得高电流，容易被制造成大阵列结构，从而被应用于大的显示装置、照明装置、高分辨率电子显微镜等。此外，如果阳极电极由钨、铜、钼等制成，电子发射设备可以被用作X射线发生器的电子发射源。

发明内容

技术问题

本发明的至少一个实施方式提供使用石墨烯的电子发射设备及其制造方法。

本发明的有益效果

根据一实施方式，由于石墨烯发射器被设置在插入到金属支架中的发射器板的边缘处，并且垂直于金属支架的顶表面被设置，所以场增强效应可以被最大化。因此，电子可以被有效地从石墨烯发射器发射。此外，由于石墨烯栅极被设置在石墨烯发射器之上，所以从石墨烯发射器发射的电子可以具有方向性地到达阳极电极而不被分散。根据本实施方式的电子发射设备可以被不同地应用于显示装置、照明装置、高分辨率电子显微镜等。另外，如果阳极电极由钨、铜、钼等制造，电子发射设备可以被实现为X射线发生器的电子发射源。此外，由于制造发射器板和栅电极的工艺简单，所以电子发射设备和电子发射设备阵列可以容易被制造。

附图说明

图1是根据一示例实施方式的电子发射设备的透视图。

图2是图1中示出的电子发射设备的剖视图。

图3是根据一示例实施方式的电子发射设备的金属支架和发射器板的透视图。

图4A和4B分别示出根据一示例实施方式的电子发射设备的发射器板的前表面和后表面。

图5示出根据一示例实施方式的应用于电子发射设备的变型的发射器板。

图6是根据一示例实施方式的电子发射设备的栅电极的底部透视图。

图7示出根据一示例实施方式的应用于电子发射设备的变型的栅电极。

图8是根据另一示例实施方式的金属支架和发射器板的透视图。

图9至14是用于描述根据另一示例实施方式的制造电子发射设备的方法的视图。

图15至20是用于描述根据另一示例实施方式的制造发射器板的方法的视图。

图21至24是用于描述根据另一示例实施方式的制造栅电极的方法的视图。

图25至29是用于描述根据另一示例实施方式的制造栅电极的方法的视图。

图30A示出卷型发射器板。

图30B示出通过切割图30A中示出的卷型发射器板的一部分制造的发射器板。

图31是根据另一示例实施方式的电子发射设备阵列的分解透视图。

具体实施方式

在下文中，通过参考附图解释本发明的实施方式，本发明将被详细描述。然而，本发明可以以多种不同形式被实现并且不应被解释为限于此处阐述的实施方式，更确切地，这些实施方式被提供使得本公开将详尽和完整，并且将向本领域普通技术人员完全传递本发明的构思。在图中，相同附图标记指代相同元件，并且为了清晰，元件的尺寸或厚度被夸大。还将理解，当一层被称为在另外的层或基板“上”时，它能直接在所述另外的层或基板上，或者还可以存在居间层。以下提到的层的材料仅是示例并且另外的材料也可以被使用。

图1是根据一示例实施方式的电子发射设备100的透视图。图2是图1中示出的电子发射设备100的剖视图。

参考图1和2，电子发射设备100包括：金属支架110、插入到金属支架110中的发射器板120、设置在金属支架110上的绝缘层130和设置在绝缘层130上的栅电极140。这里，发射器板120包括发射器支撑构件121和附接到发射器支撑构件121上的石墨烯发射器122。栅电极140包括栅极支撑构件141和附接到栅极支撑构件141上的石墨烯栅极142。

金属支架110可以与发射器支撑构件121一起用作阴极电极。发射器板120被插入到金属支架110中。图3是插入到金属支架110中的发射器板120的透视图。参考图3，具有预定形状的槽110a穿透金属支架110。这里，槽110a可以被设置为在金属支架110的第一表面(例如顶表面)和第二表面(例如底表面)之间穿过。槽110a可以将以下要被描述的石墨烯发射器122调准为垂直于金属支架110的第一表面。为此，槽110a可以垂直于金属支架110的第一表面被设置。金属支架110可以包括具有优良导电性的金属材料。

发射器板120被插入到金属支架110的槽110a中。这里，发射器板120被设置为从金属支架110的第一表面突出预定高度。图4A和4B分别示出发射器板120的前表面和后表面。参考图4A和4B，发射器板120包括发射器支撑构件121和附接到发射器支撑构件121上的石墨烯发射器122。发射器支撑构件121可以是在其顶部边缘处具有发射器凹槽121a的金属膜。发射器凹槽121a可以具有例如半圆形形状。然而，发射器凹槽121a不限于此并且可以具有各种形状。发射器支撑构件121支撑石墨烯发射器122。发射器支撑构件121可以与以上描述的金属支架110一起用作阴极电极。为此，当被插入到金属支架110的槽110a中时，发射器支撑构件121可以被电连接到金属支架110。与金属支架110相同地，发射器支撑构件121可以包括具有优良导电性的金属材料。

石墨烯发射器122被附接到发射器支撑构件121上。具体地，石墨烯发射器122被附接到发射器支撑构件121的表面上以覆盖设置在发射器支撑构件121的顶部边缘处的发射器凹槽121a。这样，石墨烯发射器122可以被设置在发射器支撑构件121的顶部边缘处。石墨烯发射器122可以包括具有单层或多层结构的石墨烯片。图4A和4B示出在其中石墨烯发射器122被附接到发射器支撑构件121的后表面上的一示例。然而，石墨烯发射器122可以被附接到发射器支撑构件121的前表面上。如以上描述地，由于发射器板120被设置为从金属支架110的第一表面突出预定高度，所以设置在发射器支撑构件121的顶部边缘处的石墨烯发射器122可以被暴露在金属支架110的第一表面之上。

图5示出根据本实施方式的应用于电子发射设备100的变型的发射器板120'。参考图5，发射器板120'包括发射器支撑构件121'和附接到发射器支撑构件121'上的石墨烯发射器122'。发射器支撑构件121'可以是格栅型金属网格。石墨烯发射器122'可以被附接到发射器支撑构件121'的表面上。在这种情况下，石墨烯发射器122'可以位于发射器支撑构件121'的顶部边缘处。石墨烯发射器122'可以包括如以上描述的具有单层或多层结构的石墨烯片。

再参考图1和2，绝缘层130被设置在金属支架110的第一表面上。绝缘层130可以具有比发射器板120的从金属支架110的第一表面突出的高度更大的厚度，以这样一方式使得石墨烯发射器122和栅电极140彼此间隔开预定距离。栅电极140被设置在绝缘层130上。图4是栅电极140的底部透视图。栅电极140包括栅极支撑构件141和附接到栅极支撑构件141上的石墨烯栅极142。栅极支撑构件141可以是在其中心部分处具有栅孔141a的金属膜。栅孔141a可以位于垂直设置的石墨烯发射器122之上。栅孔141a可以具有例如圆形形状。然而，栅孔141a不限于此并且可以具有各种形状。栅极支撑构件141可以包括具有优良导电性的金属材料。石墨烯栅极142被附接到栅极支撑构件141上。具体地，石墨烯栅极142被附接到栅极支撑构件141的表面上以覆盖栅孔141a。石墨烯栅极142可以包括具有单层或多层结构的石墨烯片。图4示出在其中石墨烯栅极142被附接到栅极支撑构件141的底表面上的一示例。然而，石墨烯发射器142可以被附接到栅极支撑构件141的顶表面上。

图7示出根据本实施方式的可应用于电子发射设备100的变型的栅电极140'。参考图7，栅电极140'包括栅极支撑构件141'和附接到栅极支撑构件141'上的石墨烯栅极142'。栅极支撑构件141'可以是格栅型金属网格。栅极发射器142'可以被附接到栅极支撑构件141'的表面上。栅极发射器142'可以包括如以上描述的具有单层或多层结构的石墨烯片。再参考图1和2，阳极电极150被设置在栅电极140之上与栅电极140间隔开。阳极电极150可以包括各种导电材料。尽管图1和2中未示出，但是用于使从石墨烯发射器122发射的电子聚焦的至少一个聚焦电极还可以被设置在栅电极140和阳极电极150之间。

在以上描述的电子发射设备100中，当预定电压被施加到金属支架110、栅电极140和阳极电极150的每个时，由于石墨烯发射器122附近产生的电场，电子被从石墨烯发射器122发射。被发射的电子穿过石墨烯栅极142并且达到阳极电极150上的预定位置。这里，由于石墨烯发射器122被设置在垂直于金属支架110的第一表面(例如顶表面)的发射器板120的顶部边缘处，所以场增强效应可以被最大化。因此，电子可以被有效地从石墨烯发射器122发射。此外，由于石墨烯栅极142被直接设置在石墨烯发射器122之上，所以从石墨烯发射器122发射的电子可以具有方向性地到达阳极电极150而不被分散。根据本实施方式的电子发射设备100可以被不同地应用于显示装置、照明装置、高分辨率电子显微镜等。此外，如果阳极电极150由钨、铜、钼等制造，电子发射设备100可以被实现为X射线发生器的电子发射源。

图8是根据另一示例实施方式的金属支架210和多个发射器板220的透视图。参考图8，金属支架210包括多个槽210a，并且发射器板220被插入到槽210a中。这里，发射器板220被设置为从金属支架210的第一表面(例如顶表面)突出预定高度。发射器板220的每个包括发射器支撑构件221和附接到发射器支撑构件221上的石墨烯发射器222。发射器支撑构件221可以是在其顶部边缘处具有发射器孔的金属膜。在这种情况下，石墨烯发射器222被设置在发射器支撑构件221的表面上以覆盖发射器孔。这样，石墨烯发射器222被设置在发射器支撑构件221的顶部边缘处。发射器支撑构件221可以是如图5中示出的金属网格。尽管图8示出在其中三个发射器板220被插入到金属支架210中的一示例，但是根据需要，不同数量的发射器板可以被插入到金属支架210中。

图9至14是用于描述根据另一示例实施方式的制造电子发射设备的方法的视图。

参考图9，具有槽310a的金属支架310被提供。这里，槽310a可以被设置为从金属支架310的第一表面(例如图9中的底表面)到第二表面(例如图9中的顶表面)穿透金属支架310。槽310a可以垂直于金属支架310的第一表面(或第二表面)被设置。金属支架310可以包括具有优良导电性的金属材料。

参考图10，第一和第二支撑物421和422被顺序设置在基座410上，然后金属支架310被设置在第二支撑物422上。这里，金属支架310的第一表面被设置为接触第二支撑物422。第一支撑物421可以包括具有比槽310a的宽度更小的宽度的第一通孔421a，并且第二支撑物422可以包括具有比槽310a的宽度更大的宽度的第二通孔422a。第二支撑物422可以具有与以下将被描述的发射器板320的从金属支架310突出的高度相应的厚度。金属支架310可以以槽310a位于第一和第二通孔421a和422a上这样的方式被设置在第二支撑物422上。

随后，发射器板320被提供。发射器板320包括发射器支撑构件321和附接到发射器支撑构件321上的石墨烯发射器322。发射器支撑构件321可以是在其边缘(例如图10中的底部边缘)处具有发射器凹槽321a的金属膜。发射器凹槽321a可以具有例如半圆形形状。然而，发射器凹槽321a不限于此并且可以具有各种形状。发射器支撑构件321支撑石墨烯发射器322。石墨烯发射器322可以被附接到发射器支撑构件321的表面上以覆盖发射器凹槽321a。这样，石墨烯发射器322位于发射器板320的边缘处。石墨烯发射器322可以包括具有单层或多层结构的石墨烯片。发射器支撑构件321可以是如图5中示出的金属网格。在这种情况下，石墨烯发射器322可以被设置在发射器支撑构件321的表面上以覆盖发射器支撑构件321的边缘。然后，提供的发射器板320被插入到金属支架310的槽310a中。这里，发射器板320的边缘(例如图10中石墨烯发射器322被设置在其上的底部边缘)最初被从金属支架310的第二表面(例如图10中的顶表面)插入到槽310a中。

参考图11，发射器板320以发射器板320的边缘(例如图11中石墨烯发射器322被设置在其上的底部边缘)从金属支架310的第一表面(例如图11中的底表面)突出这样的方式被插入到槽310a中。这里，发射器板320从金属支架310的第一表面(例如图11中的底表面)突出以穿过第二通孔422a并且接触第一支撑物421的顶表面。因此，发射器板320的从金属支架310的第一表面突出的高度与第二支撑物422的厚度相应。如以上描述地，由于发射器板320的从金属支架310的第一表面被暴露的高度根据第二支撑物422的厚度变化，所以石墨烯发射器322和栅电极420之间的距离可以通过调整第二支撑物422的厚度被控制。随后，发射器板320通过使用导电粘合剂被固定在槽310a中。这样，金属支架310和发射器支撑构件321可以被彼此电连接，因此可以一起用作阴极电极。如上面描述地被制造的金属支架310和插入到金属支架310中的发射器板320在图12中被示出。图12示出在图11中被制造的金属支架310和发射器板320被翻转的状态。参考图12，发射器板320的边缘(例如图12中石墨烯发射器322被设置在其上的顶部边缘)从金属支架310的第一表面(例如图12中的顶表面)突出预定高度。

参考图13，绝缘层330被形成在金属支架310的第一表面(例如图13中的顶表面)上。这里，绝缘层330可以具有比发射器板320的从金属支架310的第一表面突出的高度更大的厚度。

参考图14，栅电极340被提供。栅电极340包括栅极支撑构件341和附接到栅极支撑构件341上的石墨烯栅极342。栅极支撑构件341可以是在其中心部分处具有栅孔341a的金属膜。栅孔341a可以位于垂直设置的石墨烯发射器322之上。栅孔341a可以具有例如圆形形状。然而，栅孔341a不限于此并且可以具有各种形状。栅极支撑构件341可以包括具有优良导电性的金属材料。石墨烯栅极342被附接到栅极支撑构件341上。具体地，石墨烯栅极342被附接到栅极支撑构件341的表面上以覆盖栅孔341a。石墨烯栅极342可以包括具有单层或多层结构的石墨烯片。栅极支撑构件341可以是如图7中示出的金属网格。在这种情况下，石墨烯栅极342可以被附接到栅极支撑构件341的表面上。然后，提供的栅电极340被附接到绝缘层330的顶表面上。此后，阳极电极(未示出)被设置在栅电极340上，从而电子发射设备被完整制造。

图15至20是用于描述根据另一示例实施方式的制造发射器板520的方法的视图。

参考图15，首先，生长基板500被提供。生长基板500被用于在其上生长石墨烯。生长基板500可以包括例如诸如铜、镍、铁或钴的金属，但是不限于此。随后，石墨烯层522'被形成在生长基板500上。这里，石墨烯层522'可以通过基于化学气相沉积(CVD)在生长基板500上生长石墨烯被形成。如果生长基板500包括例如铜，则石墨烯层522'可以具有单层结构。如果生长基板500包括例如诸如镍、铁或钴的过渡金属，则石墨烯层522'可以具有多层结构。生长石墨烯的温度和时间可以分别是例如约800至1000℃和约30分钟至2小时，但是不限于此。用于生长石墨烯的气体可以包括氢和碳氢化合物。随后，参考图16，生长基板500使用预定蚀刻剂被去除，并且因此仅石墨烯层522'被留在蚀刻剂中。

参考图17，金属膜521'被提供。这里，金属膜521'可以具有能够通过自身保持其形状的厚度。参考图18，通孔521'a被形成在金属膜521'中。通孔521'a可以基于例如冲压或光刻被形成。通孔521'a可以被形成在金属膜521'的中心部分处。通孔521'a可以具有例如圆形形状。然而，通孔521'a不限于此并且可以具有各种形状。

参考图19，石墨烯层522'被转移到金属膜521'上。这里，石墨烯层522'可以被附接到金属膜521'的表面上以覆盖通孔521'a。随后，金属膜521'和石墨烯层522'沿穿过通孔521'a的切割线A被切割。这样，包括发射器支撑构件521和石墨烯发射器522的发射器板520可以如图20中示出地被完整制造，发射器支撑构件521在其边缘处具有发射器凹槽521a，石墨烯发射器522被附接到发射器支撑构件521的表面上以覆盖发射器凹槽521a。如以上描述地，发射器板520可以容易被制造。尽管在以上描述中石墨烯层522'被转移到具有通孔521'a的金属膜521'上，但是发射器板520可以通过将石墨烯层522'附接到金属网格(未示出)的表面上然后切割金属网格和石墨烯层522'被制造。

图21至24是用于描述根据另一示例实施方式的制造栅电极640的方法的视图。

参考图21，金属膜641被提供，然后石墨烯层642被形成在金属膜641的表面(例如图21中的底表面)上。这里，金属膜641被用于在其上生长石墨烯。石墨烯层642可以通过基于CVD在金属膜641上生长石墨烯被形成。生长石墨烯的温度和时间可以分别是例如约800至1000℃和约30分钟至2小时，但是不限于此。用于生长石墨烯的气体可以包括氢和碳氢化合物。

参考图22，聚合物层660被形成在金属膜641的另一表面(例如图22中的顶表面)上。聚合物层660可以包括例如耐氧化聚合物层。随后，通孔660a通过图案化聚合物层660被形成以暴露金属膜641的另一表面(例如顶表面)。然后，参考图23，由通孔660a暴露的金属膜641被选择性地蚀刻并且去除。这样，栅孔641a可以被形成在金属膜641中以暴露石墨烯层642。随后，参考图24，聚合物层660使用预定蚀刻剂被去除，从而包括具有栅孔641a的金属膜641和附接到金属膜641上的石墨烯层642的栅电极640被完整制造。这里，金属膜641和石墨烯层642分别与图1中示出的电子发射设备100的栅极支撑构件141和石墨烯栅极142相应。如以上描述地，栅电极640可以容易被制造。

图25至29是用于描述根据另一示例实施方式的制造栅电极640的方法的视图。

参考图25，生长基板600被提供。生长基板600可以包括例如铜、镍、铁或钴，但是不限于此。随后，石墨烯层642被形成在生长基板600上。这里，石墨烯层642可以通过基于CVD在生长基板600上生长石墨烯被形成。生长石墨烯的温度和时间可以分别是例如约800至1000℃和约30分钟至2小时，但是不限于此。用于生长石墨烯的气体可以包括氢和碳氢化合物。随后，参考图26，生长基板600使用预定蚀刻剂被去除，从而仅石墨烯层642被留在蚀刻剂中。

参考图27，金属膜641被提供。这里，金属膜641可以具有能够通过自身保持其形状的厚度。参考图28，栅孔641a被形成在金属膜641中。栅孔641a可以基于例如冲压或光刻被形成。栅孔641a可以具有例如圆形形状。然而，栅孔641a不限于此并且可以具有各种形状。

参考图29，石墨烯层642被转移到金属膜641上。这里，石墨烯层642可以被附接到金属膜641的表面上以覆盖栅孔641a。这样，包括具有栅孔641a的金属膜641和附接到金属膜641上的石墨烯层642的栅电极640被完整制造。这里，金属膜641和石墨烯层642分别与图1中示出的电子发射设备100的栅极支撑构件141和石墨烯栅极142相应。尽管在以上描述中石墨烯层642被转移到具有栅孔641a的金属膜641上，但是栅电极640可以通过将石墨烯层642附接到金属网格的表面上被制造。

图30A示出卷型发射器板720。参考图30A，发射器板720包括发射器支撑构件721和附接到发射器支撑构件721的表面上的多个石墨烯发射器722。这里，石墨烯发射器722可以以相等间隔被设置在发射器支撑构件721的边缘处。发射器板720可以通过以上结合图15至20描述的工艺被制造，然后被卷绕成卷的形式。如以上描述地制造的卷型发射器板720可以容易被存储和保存。根据需要，卷型发射器板720可以被切割到所需长度并且被使用。图30B示出通过切割图30A中示出的卷型发射器板720的一部分制造的发射器板720'。发射器板720'包括发射器支撑构件721'和附接到发射器支撑构件721'的表面上的多个石墨烯发射器722'。图30B中示出的发射器板720'可以被用于制造例如大面积电子发射设备阵列。

图31是根据另一示例实施方式的电子发射设备阵列800的分解透视图。

参考图31，根据本实施方式的电子发射设备阵列800包括布置成二维的多个电子发射设备。这里，电子发射设备的每个的结构与图1中示出的电子发射设备100的结构相同。电子发射设备可以被单独驱动以发射电子。

具体地，电子发射设备阵列800包括多个金属支架810、插入到金属支架810中的多个发射器板820、设置在金属支架810上的绝缘层830和设置在绝缘层830上的多个栅电极840。这里，电子发射设备被设置在金属支架810和栅电极840彼此交叉的位置处。金属支架810被设置为以相等间隔彼此平行，并且绝缘构件850被设置在金属支架810之间。金属支架810包括沿金属支架810的长度方向被设置的槽810a。发射器板820被插入到槽810a中，并且发射器板820的上部从金属支架810的顶表面突出。

发射器板820的每个包括发射器支撑构件821和附接到发射器支撑构件821的表面上的多个石墨烯发射器822。这里，石墨烯发射器822以相等间隔被设置在发射器板820的顶部边缘处。石墨烯发射器822可以垂直于金属支架810的顶表面被设置，并且从金属支架810的顶表面突出。发射器支撑构件821和石墨烯发射器822的详细描述在以上给出，因此在此被省略。例如，图30B中示出的发射器板720'可以被用作发射器板820。

绝缘层830被设置在金属支架810上。栅电极840被设置在绝缘层830上。这里，栅电极840可以被设置为彼此平行且与金属支架810交叉。例如，栅电极840可以被设置为垂直交叉金属支架810。栅电极840的每个包括栅极支撑构件841和附接到栅极支撑构件841的表面上的多个石墨烯栅极842。这里，石墨烯栅极842可以被设置为直接在石墨烯发射器822之上。附接到栅极支撑构件841上的石墨烯栅极842可以彼此是一体的。栅极支撑构件841和石墨烯栅极842的详细描述在以上给出，因此在此被省略。尽管图31中未示出，但是阳极电极可以被设置在栅电极840之上与栅电极840间隔开某一距离。

在以上描述的电子发射设备阵列800中，当电压被施加到金属支架810的至少一个和栅电极840的至少一个时，电子可以被从设置在金属支架810和栅电极840彼此交叉的位置处的电子发射设备发射。如以上描述地，包括在电子发射设备阵列800中的电子发射设备可以被单独驱动以发射电子。尽管本发明已经参考其实施方式被具体示出和描述，但是本领域普通技术人员将理解，可以在此进行在形式和细节上的各种改变而不背离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

本发明的模式

根据本发明的一方面，一种电子发射设备包括：

金属支架，其具有至少一个槽；

至少一个发射器板，其被插入到槽中从金属支架的第一表面突出，并且包括发射器支撑构件和附接到发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

绝缘层，其被设置在金属支架的第一表面上；以及

栅电极，其被设置在绝缘层上并且包括栅极支撑构件和附接到栅极支撑构件上的石墨烯栅极。

石墨烯发射器可以垂直于金属支架的第一表面被设置。石墨烯发射器可以被设置在发射器支撑构件的边缘处。

发射器支撑构件可以包括在其边缘处具有发射器凹槽的金属膜，并且石墨烯发射器可以被附接到金属膜上以覆盖发射器凹槽。或者，发射器支撑构件可以包括金属网格，并且石墨烯发射器可以被附接到金属网格上。

栅极支撑构件可以包括具有栅孔的金属膜，并且石墨烯栅极可以被附接到金属膜上以覆盖栅孔。或者，栅极支撑构件可以包括金属网格，并且石墨烯栅极可以被附接到金属网格上。

阳极电极可以被设置在栅电极之上与栅电极间隔开。发射器支撑构件可以被插入到槽中并且被电连接到金属支架。石墨烯发射器和石墨烯栅极的每个可以包括具有单层或多层结构的石墨烯片。

根据本发明的另一方面，一种制造电子发射设备的方法包括：

提供具有槽的金属支架；

提供发射器板，其包括发射器支撑构件和附接到发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

将金属支架置于支撑物上，然后将发射器板插入到金属支架的槽中；

允许发射器板从金属支架的第一表面突出预定高度；

在金属支架的第一表面上形成绝缘层；

提供栅电极，其包括栅极支撑构件和附接到栅极支撑构件上的石墨烯栅极；以及

在绝缘层上设置栅电极。

支撑物可以包括第一支撑物和第二支撑物，第一支撑物包括具有比槽的宽度更小的宽度的第一通孔，第二支撑物被堆叠在第一支撑物上并且包括具有比槽的宽度更大的宽度的第二通孔。金属支架可以被设置在第二支撑物上，并且第二支撑物可以具有与发射器板的从金属支架的第一表面突出的高度相应的厚度。

发射器板的提供可以包括：提供生长基板，然后在生长基板上形成石墨烯层；去除生长基板；提供金属膜，然后在金属膜中形成通孔；将石墨烯层转移到金属膜上以覆盖通孔；以及沿穿过通孔的切割线切割金属膜。生长基板可以包括铜、镍、铁或钴。石墨烯层可以通过基于化学气相沉积(CVD)在生长基板上生长石墨烯被形成。

发射器板的提供可以包括：提供生长基板，然后在生长基板上形成石墨烯层；去除生长基板；提供金属网格，然后将石墨烯层转移到金属网格上；以及切割金属网格。

栅电极的提供可以包括：在金属膜的第一表面上形成石墨烯层；在金属膜的第二表面上形成聚合物层，然后图案化聚合物层；通过蚀刻金属膜的由被图案化的聚合物层暴露的第二表面在金属膜中形成栅孔；以及去除被图案化的聚合物层。

栅电极的提供可以包括：提供生长基板，然后在生长基板上形成石墨烯层；去除生长基板；提供金属膜，然后在金属膜中形成栅孔；以及将石墨烯层转移到金属膜上以覆盖栅孔。

栅电极的提供可以包括：提供生长基板，然后在生长基板上形成石墨烯层；去除生长基板；以及提供金属网格，然后将石墨烯层转移到金属网格上。

根据本发明的另一方面，

一种电子发射设备阵列包括布置成二维的多个电子发射设备，

电子发射设备的每个包括：

金属支架，其具有至少一个槽；

至少一个发射器板，其被插入到槽中从金属支架的第一表面突出，并且包括发射器支撑构件和附接到发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

绝缘层，其被设置在金属支架的第一表面上；以及

栅电极，其被设置在绝缘层上并且包括栅极支撑构件和附接到栅极支撑构件上的石墨烯栅极。

Claims (23)

1.一种电子发射设备，包括：

具有至少一个槽的金属支架；

至少一个发射器板，其被插入到所述槽中从所述金属支架的第一表面突出，并且包括发射器支撑构件和附接到所述发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

绝缘层，其被设置在所述金属支架的所述第一表面上；以及

栅电极，其被设置在所述绝缘层上并且包括栅极支撑构件和附接到所述栅极支撑构件上的石墨烯栅极。

2.如权利要求1所述的电子发射设备，其中所述石墨烯发射器垂直于所述金属支架的所述第一表面被设置。

3.如权利要求2所述的电子发射设备，其中所述石墨烯发射器被设置在所述发射器支撑构件的边缘处。

4.如权利要求3所述的电子发射设备，其中所述发射器支撑构件包括在其边缘处具有发射器凹槽的金属膜，以及

其中所述石墨烯发射器被附接到所述金属膜上以覆盖所述发射器凹槽。

5.如权利要求3所述的电子发射设备，其中所述发射器支撑构件包括金属网格，以及

其中所述石墨烯发射器被附接到所述金属网格上。

6.如权利要求1所述的电子发射设备，其中所述栅极支撑构件包括具有栅孔的金属膜，以及

其中所述石墨烯栅极被附接到所述金属膜上以覆盖所述栅孔。

7.如权利要求1所述的电子发射设备，其中所述栅极支撑构件包括金属网格，以及

其中所述石墨烯栅极被附接到所述金属网格上。

8.如权利要求1所述的电子发射设备，其中阳极电极被设置在所述栅电极之上与所述栅电极间隔开。

9.如权利要求1所述的电子发射设备，其中所述发射器支撑构件被插入到所述槽中并且被电连接到所述金属支架。

10.如权利要求1所述的电子发射设备，其中所述石墨烯发射器和所述石墨烯栅极的每个包括具有单层结构或多层结构的石墨烯片。

11.一种制造电子发射设备的方法，所述方法包括：

提供具有槽的金属支架；

提供发射器板，其包括发射器支撑构件和附接到所述发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

将所述金属支架置于支撑物上，然后将所述发射器板插入到所述金属支架的所述槽中；

允许所述发射器板从所述金属支架的第一表面突出预定高度；

在所述金属支架的所述第一表面上形成绝缘层；

提供栅电极，其包括栅极支撑构件和附接到所述栅极支撑构件上的石墨烯栅极；以及

在所述绝缘层上设置所述栅电极。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述支撑物包括：

第一支撑物，其包括具有比所述槽的宽度更小的宽度的第一通孔；以及

第二支撑物，其被堆叠在所述第一支撑物上并且包括具有比所述槽的所述宽度更大的宽度的第二通孔。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述金属支架被设置在所述第二支撑物上，以及

其中所述第二支撑物具有与所述发射器板的从所述金属支架的所述第一表面突出的所述高度相应的厚度。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述石墨烯发射器垂直于所述金属支架的所述第一表面被设置。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述发射器板的所述提供包括：

提供生长基板，然后在所述生长基板上形成石墨烯层；

去除所述生长基板；

提供金属膜，然后在所述金属膜中形成通孔；

将所述石墨烯层转移到所述金属膜上以覆盖所述通孔；以及

沿穿过所述通孔的切割线切割所述金属膜。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述生长基板包括铜、镍、铁或钴。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述石墨烯层通过基于化学气相沉积(CVD)在所述生长基板上生长石墨烯被形成。

18.如权利要求11所述的方法，其中所述发射器板的所述提供包括：

提供生长基板，然后在所述生长基板上形成石墨烯层；

去除所述生长基板；

提供金属网格，然后将所述石墨烯层转移到所述金属网格上；以及

切割所述金属网格。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述栅电极的所述提供包括：

在金属膜的第一表面上形成石墨烯层；

在所述金属膜的第二表面上形成聚合物层，然后图案化所述聚合物层；

通过蚀刻所述金属膜的由所述被图案化的聚合物层暴露的所述第二表面在所述金属膜中形成栅孔；以及

去除所述被图案化的聚合物层。

20.如权利要求11所述的方法，其中所述栅电极的所述提供包括：

提供生长基板，然后在所述生长基板上形成石墨烯层；

去除所述生长基板；

提供金属膜然后在所述金属膜中形成栅孔；以及

将所述石墨烯层转移到所述金属膜上以覆盖所述栅孔。

21.如权利要求11所述的方法，其中所述栅电极的所述提供包括：

提供生长基板，然后在所述生长基板上形成石墨烯层；

去除所述生长基板；以及

提供金属网格，然后将所述石墨烯层转移到所述金属网格上。

22.一种电子发射设备阵列，其包括布置成二维的多个电子发射设备，所述电子发射设备的每个包括：

具有至少一个槽的金属支架；

至少一个发射器板，其被插入到所述槽中从所述金属支架的第一表面突出，并且包括发射器支撑构件和附接到所述发射器支撑构件上的石墨烯发射器；

绝缘层，其被设置在所述金属支架的所述第一表面上；以及

栅电极，其被设置在所述绝缘层上并且包括栅极支撑构件和附接到所述栅极支撑构件上的石墨烯栅极。

23.如权利要求22所述的电子发射设备阵列，其中所述石墨烯发射器垂直于所述金属支架的所述第一表面被设置并且被设置在所述发射器支撑构件的边缘处。