CN110071027B - 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法 - Google Patents

用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110071027B
CN110071027B CN201910333271.1A CN201910333271A CN110071027B CN 110071027 B CN110071027 B CN 110071027B CN 201910333271 A CN201910333271 A CN 201910333271A CN 110071027 B CN110071027 B CN 110071027B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
metal electrode
copper
substrate
field emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910333271.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110071027A (zh
Inventor
张道书
侯玉欣
陈明
李威威
何可
钟国华
杨春雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN201910333271.1A priority Critical patent/CN110071027B/zh
Publication of CN110071027A publication Critical patent/CN110071027A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110071027B publication Critical patent/CN110071027B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes

Abstract

本发明公开了一种用于发射X射线的场致发射器件及其制备方法。该制备方法包括：在基底上形成金属电极层；在所述金属电极层上形成铜基底层；在所述铜基底层上形成硫化亚铜纳米线层。该场致发射器件包括：基底；金属电极层，设置于所述基底上；铜基底层，设置于所述金属电极层上；硫化亚铜纳米线层，设置于所述铜基底层上。该制备方法简单易于控制，条件温和，适用于具有大面积的场致发射电极阵列的制备，且制成的器件具有体积小、工作寿命长、场发射性能优异等优点。

Description

用于发射X射线的场致发射器件及其制备方法
技术领域
本发明属于场致发射器件技术领域，特别涉及一种用于发射X射线的场致发射器件及其制备方法。
背景技术
纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，强相干作用使得纳米材料的性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。由于这些特殊性质使得纳米材料在多个不同领域起着重要的作用，如光学、化学、场致发射领域等。
目前医用的X射线源为热电子发射型X射线管，这种X射线管存在几个固有的缺点，比如设备体积大、工作寿命短实时成像分辨率低、高功耗。相比而言，基于场致电子发射原理的X射线管具有功耗低、尺寸小、响应速度快、高电流密度、无需加热等优点。采用场发射X射线管代替这些热电子发射型X射线管为当今趋势，其研发力度也呈逐年增长态势。从2001年来，研发人员对碳纳米管，氧化锌纳米线等材料进行了大量的研究，研究其作为场发射X射线管的可能性。场致发射器件的场致发射电极中的纳米线主要是通过化学气相沉积工艺制备形成的，但这种方法生长条件苛刻，可控生长技术不够成熟、生长成本昂贵，不适用于具有大面积的场致发射电极阵列的制备。其次，基于采用异质基底生长的纳米线，X射线源散热性差，使用寿命短。
发明内容
(一)本发明所要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何简化用于发射X射线的场致发射器件的制备工艺，并降低工艺成本。
(二)本发明所采用的技术方案
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于发射X射线的场致发射器件，包括：
基底；
金属电极层，设置于所述基底上；
铜基底层，设置于所述金属电极层上；
硫化亚铜纳米线层，设置于所述铜基底层上。
优选地，所述场致发射器件还包括：
氧化石墨烯层，设置于所述硫化压铜纳米线层上。
优选地，所述基底为玻璃基底，所述金属电极层为钼或镉金属电极层，其中，所述金属电极层的厚度为150nm～250nm。
优选地，所述硫化压铜纳米线层中的纳米线的直径范围为0.1μm～0.18μm，纳米线的长度范围为1.5μm～3μm，纳米线的长径比为8.3～30。
优选地，所述氧化石墨烯层厚度为10nm～15nm。
本发明还公开了一种用于发射X射线的场致发射器件的制备方法，包括：
在基底上形成金属电极层；
在所述金属电极层上形成铜基底层；
在所述铜基底层上形成硫化亚铜纳米线层。
优选地，所述在所述铜基底层上形成硫化亚铜纳米线层的具体方法包括：
加热所述铜基底层，以在所述铜基底层的背向所述金属电极层的表面上形成氧化铜层；
将氧化铜层置于硫化氢混合气体中，以形成硫化亚铜纳米线层。
优选地，所述制备方法还包括：
将氧化铜层置于硫化氢混合气体后，保持所述氧化铜层所处环境压强为0.5千帕，并保持环境温度为37摄氏度，其中所述硫化氢混合气体中硫化氢气体和空气的比例为1:4。
优选地，所述制备方法还包括：
采用旋涂工艺在所述硫化亚铜纳米线层上旋涂氧化石墨烯溶液，以形成氧化石墨烯层。
优选地，采用磁控溅射工艺在所述基底上溅射金属材料以形成金属电极层；采用磁控溅射工艺在所述金属电极层上溅射铜材料以形成铜基底层。
(三)有益效果
本发明公开的用于发射X射线的场致发射器件及其制备方法，该制备方法简单易于控制，条件温和，适用于具有大面积的场致发射电极阵列的制备，且制成的器件具有体积小、工作寿命长、场发射性能优异等优点。
附图说明
图1A至图1E是本发明的实施例一的用于发射X射线的场致发射器件的制备流程；
图2是本发明的实施例一的场致发射器件的剖面的电镜图；
图3是本发明的实施例一的场致发射器件的剖面的另一电镜图；
图4是本发明的实施例二的用于发射X射线的场致发射器件的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1A至图1E所示，根据本发明的实施例一的用于发射X射线的场致发射器件的制备方法包括如下步骤S10至步骤S40：
步骤S10：在基底10上形成金属电极层20。
具体地，作为优选实施例，基底10采用玻璃基底，采用磁控溅射工艺在玻璃基底上溅射一层厚度为150nm～250nm的钼或镉金属层作为金属电极层20，这样使得器件具有导电能力。
步骤S20：在金属电极层20上形成铜基底层30。
具体地，采用磁控溅射的方法在上述金属电极层20上继续溅射一层厚度为5μm-10μm的铜材料，以形成铜基底层30。这样铜基底层30作为后续步骤中生长纳米线的反应物，为接下来的生长纳米线铺垫生长环境。
步骤S30：在铜基底层30上形成硫化亚铜纳米线层40。
具体来说，该步骤包括如下步骤：
步骤S31：加热铜基底层30，以在铜基底层30的背向金属电极层20的表面上形成氧化铜层60。
由于硫化亚铜纳米线形成前，铜基底层30会先行形成氧化铜再消耗变成硫化亚铜，因此，为了提高硫化亚铜纳米线生长的成功率，采用高温加热预处理，使铜变成氧化铜，从而提高生长硫化亚铜纳米线的成功率。具体来说，将制备形成的铜基底层30放入加热炉中，在150℃的条件下加热四个小时，在铜基底层30上形成一层极薄的氧化铜层60。
步骤S32：将氧化铜层60置于硫化氢混合气体中，以形成硫化亚铜纳米线层40。
具体地，将制备形成的氧化铜层60放入双生加热炉中加热，双生加热炉中的温度设置为37℃。并将双生加热炉中的环境设置为水蒸汽饱和状态并抽真空至气压为0.5千帕。接着向双生加热炉中通入硫化氢混合气体，其中混合气体为硫化氢气体和空气的混合气体，两者比例为1：4，这样硫化氢气体与氧化铜层60发生反应，使其表面生长硫化亚铜纳米线层。其中，形成的硫化压铜纳米线层40中的纳米线的直径范围为0.1μm～0.18μm，纳米线的长度范围为1.5μm～3μm，纳米线的长径比为8.3～30。可以通过调节硫化氢混合气体的比例和加热温度可以得到不同长径比、高度的纳米线。
步骤S40：采用旋涂工艺在所述硫化亚铜纳米线层40上旋涂氧化石墨烯溶液，以形成氧化石墨烯层50。
具体来说，氧化石墨烯层50厚度为10nm～15nm，氧化石墨烯层50可提高硫化亚铜的费米能级，使得电子更容易跃迁到真空能级，从而进一步降低器件的阈值电压。图2示出了场致发射器件剖面的电镜图，最上层的薄膜为氧化石墨烯层50，中间层的线状物为硫化亚铜纳米线层40。图3进一步示出了氧化石墨烯层50与硫化亚铜纳米线层40的交接关系。
本发明提供的用于发射X射线的场致发射器件的制备方法，该制备方法简单易于控制，条件温和，适用于具有大面积的场致发射电极阵列的制备。
实施例二
如图4所示，本发明的实施例二的用于发射X射线的场致发射器件包括基底10、金属电极层20、铜基底层30和硫化亚铜纳米线层40。其中，基底10采用玻璃基底，金属电极层20设置于基底10上，金属电极层20可采用钼金属层或镉金属层，金属电极层20的厚度优选为150nm～250nm，且金属电极层20具体的形成过程已在实施例一中描述，在此不赘述。铜基底层30设置于金属电极层20上，铜基底层30的厚度为5μm-10μm。进一步地，硫化亚铜纳米线层40设置在铜基底层30，其具体形成过程已在实施例一中描述，在此不赘述。
进一步地，场致发射器件还包括氧化石墨烯层50，氧化石墨烯层10厚度为10nm～15nm，氧化石墨烯层50可提高硫化亚铜的费米能级，使得电子更容易跃迁到真空能级，从而进一步降低器件的阈值电压。
本发明提供的用于发射X射线的场致发射器件的具有体积小、工作寿命长、制备工艺简单、生长条件易于控制，场发射性能优异等优点，为医用X射线源的制备提供新的思路。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种用于发射X射线的场致发射器件，其特征在于，包括：
基底(10)；
金属电极层(20)，设置于所述基底(10)上；
铜基底层(30)，设置于所述金属电极层(20)上；
硫化亚铜纳米线层(40)，设置于所述铜基底层(30)上；
氧化石墨烯层(50)，设置于所述硫化亚 铜纳米线层(40)上，所述氧化石墨烯层(50)厚度为10nm～15nm。
2.根据权利要求1所述的用于发射X射线的场致发射器件，其特征在于，所述基底(10)为玻璃基底，所述金属电极层(20)为钼或镉金属电极层，其中，所述金属电极层(20)的厚度为150nm～250nm。
3.根据权利要求1所述的用于发射X射线的场致发射器件，其特征在于，所述硫化亚 铜纳米线层(40)中的纳米线的直径范围为0.1μm～0.18μm，纳米线的长度范围为1.5μm～3μm，纳米线的长径比为8.3～30。
4.一种用于发射X射线的场致发射器件的制备方法，其特征在于，包括：
在基底(10)上形成金属电极层(20)；
在所述金属电极层(20)上形成铜基底层(30)；
在所述铜基底层(30)上形成硫化亚铜纳米线层(40)；
采用旋涂工艺在所述硫化亚铜纳米线层(40)上旋涂氧化石墨烯溶液，以形成氧化石墨烯层(50)，所述氧化石墨烯层(50)厚度为10nm～15nm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在所述铜基底层(30)上形成硫化亚铜纳米线层(40)的具体方法包括：
加热所述铜基底层(30)，以在所述铜基底层(30)的背向所述金属电极层(20)的表面上形成氧化铜层(60)；
将氧化铜层(60)置于硫化氢混合气体中，以形成硫化亚铜纳米线层(40)。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
将氧化铜层(60)置于硫化氢混合气体后，保持所述氧化铜层(60)所处环境压强为0.5千帕，并保持环境温度为37摄氏度，其中所述硫化氢混合气体中硫化氢气体和空气的比例为1:4。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射工艺在所述基底(10)上溅射金属材料以形成金属电极层(20)；采用磁控溅射工艺在所述金属电极层(20)上溅射铜材料以形成铜基底层(30)。
CN201910333271.1A 2019-04-24 2019-04-24 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法 Active CN110071027B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910333271.1A CN110071027B (zh) 2019-04-24 2019-04-24 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910333271.1A CN110071027B (zh) 2019-04-24 2019-04-24 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110071027A CN110071027A (zh) 2019-07-30
CN110071027B true CN110071027B (zh) 2022-02-15

Family

ID=67368654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910333271.1A Active CN110071027B (zh) 2019-04-24 2019-04-24 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110071027B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111415852B (zh) * 2020-05-06 2024-02-09 上海联影医疗科技股份有限公司 X射线管的阳极组件、x射线管及医疗成像设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569508A (zh) * 2011-12-29 2012-07-11 中山大学 一种纳米线阵列结构薄膜太阳能光伏电池及其制备方法
CN104882223A (zh) * 2015-04-27 2015-09-02 国家纳米科学中心 氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法
CN106981531A (zh) * 2017-04-13 2017-07-25 商丘师范学院 一种三维纳米结构阵列、制备方法及其应用
CN108878555A (zh) * 2018-06-28 2018-11-23 重庆大学 一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯纳米线复合材料及其制备方法和应用
CN109585238A (zh) * 2018-12-03 2019-04-05 深圳先进技术研究院 场致发射电极及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7202596B2 (en) * 2003-06-06 2007-04-10 Electrovac Ag Electron emitter and process of fabrication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102569508A (zh) * 2011-12-29 2012-07-11 中山大学 一种纳米线阵列结构薄膜太阳能光伏电池及其制备方法
CN104882223A (zh) * 2015-04-27 2015-09-02 国家纳米科学中心 氧化石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜及其制备方法
CN106981531A (zh) * 2017-04-13 2017-07-25 商丘师范学院 一种三维纳米结构阵列、制备方法及其应用
CN108878555A (zh) * 2018-06-28 2018-11-23 重庆大学 一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯纳米线复合材料及其制备方法和应用
CN109585238A (zh) * 2018-12-03 2019-04-05 深圳先进技术研究院 场致发射电极及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Epitaxial zinc oxide,grapheme oxide composite thin-films by laser technique for micro-Raman and enhanced field emission study;E. Manikandan等;《Ceramics International》;20170730;第40卷(第10期);第1-6页 *
Preparation of Cu2S Dendritic, double-Comb-Like Nanostructures by Gas-Solid Reaction Method;Yu Xiao等;《Journal of Nanoscience and Nanotechnology》;20080101;第8卷(第1期);第237-243页 *
Yu Xiao等.Preparation of Cu2S Dendritic, double-Comb-Like Nanostructures by Gas-Solid Reaction Method.《Journal of Nanoscience and Nanotechnology》.2008,第8卷(第1期),第237-243页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110071027A (zh) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100402432C (zh) 一种氧化铜纳米线阵列定域生长方法
Xu et al. Field emission from zinc oxide nanopins
KR101071906B1 (ko) 단결정 게르마늄코발트 나노와이어, 게르마늄코발트 나노와이어 구조체, 및 이들의 제조방법
Chen et al. Flexible low-dimensional semiconductor field emission cathodes: fabrication, properties and applications
Zhang et al. Patterned growth and field emission of ZnO nanowires
CN101580267A (zh) 低温加热锌和催化剂生长氧化锌纳米结构的方法及其应用
Ryu et al. Stabilized electron emission from silicon coated carbon nanotubes for a high-performance electron source
US9099272B2 (en) Field emission devices and methods for making the same
Sui et al. Review on one-dimensional ZnO nanostructures for electron field emitters
Park et al. Screen printed carbon nanotube field emitter array for lighting source application
Cui et al. High performance field emission of silicon carbide nanowires and their applications in flexible field emission displays
CN110071027B (zh) 用于发射x射线的场致发射器件及其制备方法
Lee et al. Electrical characterizations of a controllable field emission triode based on low temperature synthesized ZnO nanowires
CN104091743A (zh) 一种自对准栅极结构纳米线冷阴极电子源阵列的制作方法及其结构
Zuo et al. Field emission properties of the dendritic carbon nanotubes film embedded with ZnO quantum dots
CN101236872B (zh) 场发射阴极碳纳米管发射阵列的制备方法
TW200406513A (en) Method for producing graphite nanofiber, electron discharge source, and display device
Abdi et al. Embedded vertically grown carbon nanotubes for field emission applications
CN100538963C (zh) 一种复合场致电子发射体及其制备方法和用途
Wu et al. Field emission properties of α-Fe2O3 nanotips prepared on indium tin oxide coated glass by thermal oxidation of iron film
Joag et al. Field emission from nanowires
Ma et al. Improved field emission properties of Au nanoparticles and CNTs decorated SnO 2 nanowire arrays on carbon fibers
Yuan et al. Field emission enhancement of ZnO nanorod arrays with hafnium nitride coating
Yang et al. The Parameters of the Field Emission Model and the Fabrication of Zinc Oxide Nanorod Arrays/Graphene Film
Hu et al. Controllable synthesis of indium oxide nanorod‐flowers for high field emission performance

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant