RU2271053C2 - Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives) - Google Patents

Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives) Download PDF

Info

Publication number
RU2271053C2
RU2271053C2 RU2002131474/09A RU2002131474A RU2271053C2 RU 2271053 C2 RU2271053 C2 RU 2271053C2 RU 2002131474/09 A RU2002131474/09 A RU 2002131474/09A RU 2002131474 A RU2002131474 A RU 2002131474A RU 2271053 C2 RU2271053 C2 RU 2271053C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
film
polymer
cathode
field emission
field
Prior art date
Application number
RU2002131474/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002131474A (en
Inventor
Виктор Михайлович Корнилов (RU)
Виктор Михайлович Корнилов
Алексей Николаевич Лачинов (RU)
Алексей Николаевич Лачинов
Сергей Николаевич Салазкин (RU)
Сергей Николаевич Салазкин
Юлай Мухаметович Юмагузин (RU)
Юлай Мухаметович Юмагузин
Original Assignee
Некоммерческое партнерство "Образовательно-научный центр "Диспол"
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 Некоммерческое партнерство "Образовательно-научный центр "Диспол" filed Critical Некоммерческое партнерство "Образовательно-научный центр "Диспол"
Priority to RU2002131474/09A priority Critical patent/RU2271053C2/en
Priority to PCT/RU2003/000520 priority patent/WO2004059683A1/en
Priority to AU2003289732A priority patent/AU2003289732A1/en
Publication of RU2002131474A publication Critical patent/RU2002131474A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2271053C2 publication Critical patent/RU2271053C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

FIELD: electronic engineering; field-emission cathode manufacture.
SUBSTANCE: proposed field-emission cathode has substrate covered with carbon-containing film made of electrically active polymer of polyheteroarylene class, polydiphenylenphthalide type, that forms field-emission surface. Film is produced at temperature of 150 - 360 °C for 0.5 - 24 h. When thickness of film produced in the process exceeds penetration depth of surface discharge, it is reduced at local sections to thickness smaller than penetration depth of surface discharge that ensures desired emissive properties. Proposed manufacturing process includes formation of drawing electrode on external surface of polymeric film.
EFFECT: enhanced emissive stability of cathode.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники, предназначено для использования в эмиссионной электронике, в вакуумной микроэлектронике для создания плоских панельных дисплеев, источников света и т.п.The invention relates to the field of electronic technology, is intended for use in emission electronics, in vacuum microelectronics to create flat panel displays, light sources, etc.

Известно, что наличие тонких диэлектрических слоев на поверхности материалов, например, окислов металлов, в некоторых случаях модифицирует электронные свойства поверхности таким образом, что при этом существенно снижается эффективная работа выхода (ЭРВ) и улучшаются эмиссионные свойства поверхности металла, покрытой таким окислом [1].It is known that the presence of thin dielectric layers on the surface of materials, for example, metal oxides, in some cases modifies the electronic properties of the surface in such a way that the effective work function (EER) is significantly reduced and the emission properties of the metal surface coated with such oxide are improved [1] .

Одно из объяснений подобной модификации заключается в том, что выбором того или иного окисла можно создать в контактной области металл-окисел такой потенциальный барьер, высота которого будет меньше, чем потенциальный барьер контакта металл-вакуум. Потому эмиссия носителей заряда из металла в слой диэлектрика будет облегчена по сравнению с аналогичным процессом в вакуум. Для того чтобы на этот эффект не влияли объемные свойства диэлектрика, толщина покрытия должна быть меньше глубины проникновения поверхностного заряда. В этом случае регистрируемая ЭРВ системы металл-покрытие будет существенно меньше, чем ЭРВ чистой поверхности металла.One explanation for this modification is that by choosing one oxide or another one can create a potential barrier in the metal-oxide contact region whose height will be less than the potential metal-vacuum contact barrier. Therefore, the emission of charge carriers from a metal into a dielectric layer will be facilitated compared to a similar process in a vacuum. In order to prevent the bulk properties of the dielectric from affecting this effect, the coating thickness should be less than the depth of penetration of the surface charge. In this case, the recorded ERA of the metal-coating system will be significantly less than the ERA of the clean metal surface.

Использование окислов с малой глубиной проникновения поверхностного заряда заставляет прибегать к таким технологиям изготовления покрытий, сложность которых обусловлена необходимостью обеспечения высокой точности контроля за толщиной технологических слоев. Последнее условие часто накладывает ограничения на размер эмитирующей поверхности.The use of oxides with a shallow depth of penetration of the surface charge forces one to resort to such coating manufacturing technologies, the complexity of which is due to the need to ensure high precision control over the thickness of technological layers. The latter condition often imposes restrictions on the size of the emitting surface.

Известен холодноэмиссионный пленочный катод и способ его получения [2], содержащий подложку с нанесенной на нее углеродной пленкой, выполненной в виде нерегулярной структуры, состоящей из углеродных микроребер и/или микронитей, сориентированных перпендикулярно поверхности подложки, с масштабом 0,01-1 мкм и плотностью расположения 0,1-10 мкм-2.Known cold-emission film cathode and a method for its preparation [2], containing a substrate with a carbon film deposited on it, made in the form of an irregular structure consisting of carbon micro-fins and / or microfilaments oriented perpendicular to the surface of the substrate, with a scale of 0.01-1 μm and a density of 0.1-10 μm -2 .

Способ получения холодноэмиссионного катода, включающий зажигание разряда постоянного тока в смеси водорода с углеродосодержащей добавкой, нагрев подложки и осаждение углеродной фазы на подложку, расположенную на аноде, при этом зажигают разряд с плотностью тока 0,15-0,5 А/см2, осаждение проводят в смеси водорода с парами этилового спирта или метана при полном давлении 50-300 Торр и нагреве подложки до 600-900°С, при концентрации паров этилового спирта 5-10%, а концентрация метана 15-30%.A method for producing a cold-emission cathode, including ignition of a direct current discharge in a mixture of hydrogen with a carbon-containing additive, heating the substrate and deposition of the carbon phase on a substrate located on the anode, igniting a discharge with a current density of 0.15-0.5 A / cm 2 , deposition carried out in a mixture of hydrogen with vapors of ethyl alcohol or methane at a total pressure of 50-300 Torr and heating the substrate to 600-900 ° C, with a concentration of ethyl alcohol vapor of 5-10%, and a methane concentration of 15-30%.

Осаждение проводят при разбавлении газовой смеси до 75% инертного газа при сохранении полного давления. Способ получения холодноэмиссионного катода включает зажигание СВЧ-разряда с поглощаемой мощностью 5-50 Вт/см3 в смеси углекислого газа и метана в соотношении 0,8-1,3 при давлении 20-100 Торр и осаждение углеродной фазы на подложку, осаждение проводят при температуре поверхности подложки 500-700°С.Precipitation is carried out by diluting the gas mixture to 75% inert gas while maintaining full pressure. A method for producing a cold-emission cathode involves igniting a microwave discharge with an absorbed power of 5-50 W / cm 3 in a mixture of carbon dioxide and methane in a ratio of 0.8-1.3 at a pressure of 20-100 Torr and depositing the carbon phase on a substrate, deposition is carried out at substrate surface temperature 500-700 ° C.

К недостаткам данного катода и способа его производства необходимо отнести сложность технологического процесса получения пленочных эмиссионных покрытий.The disadvantages of this cathode and the method of its production must include the complexity of the technological process for producing film emission coatings.

Известна катодная структура [4] для использования в полевых эмиссионных дисплейных устройствах, включающая 4 слоя. Первый слой состоит из проводящих линий, расположенных на изолирующей подложке. Второй слой состоит из непроводящих линий, пересекающих проводящие линии. Третий слой состоит из толстого слоя непроводящего материала с отверстиями, центрированными между тонкими непроводящими линиями второго слоя и частично распространяющиеся над частью тонких непроводящих линий. Четвертый слой состоит из проводящих линий, содержащих в себе отверстия того же размера, и выровненные с отверстиями на третьем слое, захватывая частично проводящие линии первого слоя и непроводящие линии второго слоя. Эмиссионный материал наносится на захваченную часть проводящих линий первого слоя, чтобы образовать катод для дисплейного устройства.Known cathode structure [4] for use in field emission display devices, including 4 layers. The first layer consists of conductive lines located on an insulating substrate. The second layer consists of non-conductive lines crossing the conductive lines. The third layer consists of a thick layer of non-conductive material with holes centered between the thin non-conductive lines of the second layer and partially extending over part of the thin non-conductive lines. The fourth layer consists of conductive lines containing holes of the same size and aligned with holes on the third layer, capturing partially conductive lines of the first layer and non-conductive lines of the second layer. Emission material is applied to the captured portion of the conductive lines of the first layer to form a cathode for the display device.

Недостатком такой катодной структуры является сложность конструкции и большое количество технологических операций, необходимых для ее получения. Такое усложнение конструкции и технологии влечет за собой увеличение стоимости автоэмиссионного катода.The disadvantage of such a cathode structure is the complexity of the design and the large number of technological operations necessary to obtain it. This complication of design and technology entails an increase in the cost of the field emission cathode.

Известно использование углеродсодержащих материалов в качестве покрытий эмиттеров [4]. Эмиттеры формировались из никеля, которые покрывались углеродсодержащим материалом для увеличения стабильности эмиссионного тока и уменьшения работы выхода. В качестве одного из способов изготовления предлагаемого покрытия явилось предварительное нанесение пленки из полимера или мономера с последующим ее термическим отжигом или пиролизом до полной карбонизации покрытия.It is known to use carbon-containing materials as coatings for emitters [4]. The emitters were formed from nickel, which were coated with a carbon-containing material to increase the stability of the emission current and reduce the work function. As one of the methods of manufacturing the proposed coating was the preliminary deposition of a film of polymer or monomer, followed by thermal annealing or pyrolysis until the coating is completely carbonized.

К недостаткам данного материала можно отнести многостадийность технологии нанесения покрытия со стадией высокотемпературного отжига с плохо контролируемым процессом пиролиза высокомолекулярных соединений на поверхности металла. Это ограничивает выбор подходящих металлов для эмиссионных целей, так как многие металлы при температурах отжига углеродсодержащего соединения начинают окисляться и создавать дополнительную окисную пленку на границе раздела металл-углеродсодержащее покрытие. Кроме того, стадия высокотемпературного и относительно длительного отжига значительно усложняет процесс изготовления покрытия и делает устройство дорогостоящим.The disadvantages of this material include the multi-stage coating technology with a stage of high-temperature annealing with a poorly controlled pyrolysis of high molecular weight compounds on the metal surface. This limits the selection of suitable metals for emission purposes, since many metals at the annealing temperatures of the carbon-containing compound begin to oxidize and create an additional oxide film at the metal-carbon-containing coating interface. In addition, the stage of high-temperature and relatively long annealing significantly complicates the process of manufacturing the coating and makes the device expensive.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание технологичных долговечных покрытий, обладающих высокой эмиссионной стабильностью, при расширении класса материалов, используемых для создания эмиссионных катодов.The problem solved by the invention is the creation of technologically advanced durable coatings with high emission stability, while expanding the class of materials used to create emission cathodes.

Поставленная задача решается полевым эмиссионным катодом, содержащим подложку с углеродсодержащей пленкой, отличающийся тем, что пленка выполнена из органического полимера, образующего поверхность полевой эмиссии.The problem is solved by a field emission cathode containing a substrate with a carbon-containing film, characterized in that the film is made of an organic polymer forming the field emission surface.

В качестве органического полимера используют электроактивный полимер класса полигетероариленов типа полидифениленфталид.As the organic polymer, an electroactive polymer of the class polyheteroarylenes of the type polydiphenylenephthalide is used.

Способ изготовления полевого эмиссионного катода (вариант 1), включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование полимерной пленки, отличающийся тем, что пленку выполняют из электроактивного полимера класса полигетероариленов типа полидифениленфталид, нанесенного толстым словем, формование пленки осуществляют нагревом катода при 150-360°С в течение 0,5-24 часа.A method of manufacturing a field emission cathode (option 1), comprising applying a polymer solution to the surface of a substrate, forming a polymer film, characterized in that the film is made of an electroactive polymer of the class polyheteroarylenes of the type polydiphenylenephthalide coated with a thick word, the film is formed by heating the cathode at 150-360 ° C for 0.5-24 hours.

Способ изготовления полевого эмиссионного катода (вариант 2), включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование полимерной пленки, отличающийся тем, что пленку выполняют из электроактивного полимера класса полигетероариленов типа полидифениленфталид, наносят толстый слой полимерной пленки, формование пленки осуществляют нагревом катода при 150-360°С в течение 0,5-24 часа, на локальных участках уменьшают полимерный слой материала до толщины, обеспечивающей эмиссионные свойства.A method of manufacturing a field emission cathode (option 2), comprising applying a polymer solution to the surface of a substrate, forming a polymer film, characterized in that the film is made of an electroactive polymer of the class polyheteroarylenes of the type polydiphenylenephthalide, a thick layer of polymer film is applied, the film is formed by heating the cathode at 150- 360 ° C for 0.5-24 hours, in local areas, reduce the polymer layer of the material to a thickness that provides emission properties.

Способ изготовления полевого эмиссионного катода (вариант 3), включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование полимерной пленки, отличающийся тем, что пленку выполняют из электроактивного полимера класса полигетероариленов типа полидифениленфталид, при этом наносят толстый слой полимерной пленки, формование пленки осуществляют нагревом катода при 150-360°С в течение 0,5-24 часа, на локальных участках уменьшают полимерный слой материала до толщины, обеспечивающей эмиссионные свойства, на внешней поверхности полимерной пленки формируют вытягивающий электрод, например, для этого используют микроканальную пластину.A method of manufacturing a field emission cathode (option 3), including applying a polymer solution to the surface of a substrate, forming a polymer film, characterized in that the film is made of an electroactive polymer of the class polyheteroarylenes of the polydiphenylenephthalide type, a thick layer of polymer film is applied, the film is formed by heating the cathode at 150-360 ° C for 0.5-24 hours, in local areas, reduce the polymer layer of the material to a thickness providing emission properties, on the outer surface of the poly ernoy puller electrode film formed, for example, this is done using a microchannel plate.

Суть изобретения заключается в следующем. The essence of the invention is as follows.

Нанесение на проводящую подложку (с металлическим или полупроводниковым типом проводимости) тонких диэлектрических слоев приводит к формированию потенциального барьера на границе «металл-диэлектрик» значительно меньшей величины по сравнению с потенциальным барьером на границе «проводник-вакуум» на величину, равную энергии сродства к электрону. В связи с этим эмиссия электронов из проводника в диэлектрик происходит при меньших напряжениях, чем из металла в вакуум. Однако, в диэлектрике длина свободного пробега электрона мала и потому при использовании диэлектриков типа окислов металлов в качестве соответствующего покрытия, их толщина выбирается очень малой (до нескольких десятков ангстрем).The application of thin dielectric layers to a conductive substrate (with a metal or semiconductor type of conductivity) leads to the formation of a potential barrier at the metal-insulator interface that is much smaller than the potential barrier at the conductor-vacuum interface by an amount equal to the electron affinity for the electron . In this regard, the emission of electrons from a conductor to a dielectric occurs at lower voltages than from metal to vacuum. However, in a dielectric, the mean free path of an electron is small, and therefore when using dielectrics such as metal oxides as an appropriate coating, their thickness is chosen very small (up to several tens of angstroms).

Этого недостатка лишены некоторые электроактивные полимеры, в которых перенос заряда может осуществляться не по зоне проводимости, а по узкой подзоне электронных состояний, расположенных в середине запрещенной зоны. Для обеспечения стабильности переноса заряда по такой подзоне толщина полимерного покрытия на проводящей подложке не должна превышать глубину проникновения поверхностного заряда. Глубина проникновения поверхностного заряда в электроактивных полимерах изменяется в интервале от 0.1 мкм до 10 мкм в зависимости от вида полимера.This drawback is deprived of some electroactive polymers in which charge transfer can take place not in the conduction band, but in a narrow subband of electronic states located in the middle of the forbidden band. To ensure the stability of charge transfer in such a subzone, the thickness of the polymer coating on the conductive substrate should not exceed the penetration depth of the surface charge. The depth of penetration of the surface charge in electroactive polymers varies in the range from 0.1 μm to 10 μm, depending on the type of polymer.

Проведенные исследования показали, что полимеры класса полигетероариленов полностью удовлетворяют требованиям, необходимым для достижения положительного эффекта. Перенос заряда в тонких пленках этих полимеров осуществляется по узкой зоне, расположенной в запрещенной зоне между потолком валентной зоны и дном зоны проводимости. Они обладают относительно большой энергией сродства к электрону ~2 эВ и потому могут эффективно понизить потенциальный барьер на границе «проводник-полимер» по сравнению с границей «проводник-вакуум».Studies have shown that polymers of the polyheteroarylene class fully satisfy the requirements necessary to achieve a positive effect. The charge transfer in the thin films of these polymers is carried out over a narrow zone located in the forbidden zone between the ceiling of the valence band and the bottom of the conduction band. They have a relatively high electron affinity energy of ~ 2 eV and therefore can effectively lower the potential barrier at the conductor – polymer interface as compared to the conductor – vacuum interface.

Измерения автоэлектронной эмиссии проводили на системах металл-полимер полупроводник-полимер, в которых в качестве металла использовали Си, W и др., в качестве полупроводниковой подложки - кремниевые пластины, а в качестве электроактивных полимеров - полимеры класса полигетероариленов типа полидифениленфталид и других. Это термо- и хемостойкие полимеры, обладающие хорошей растворимостью, позволяющей проводить эффективную их очистку, а также получать прочные, прозрачные в видимой области спектра, однородные пленки.Field emission measurements were performed on metal-polymer semiconductor-polymer systems, in which Cu, W, etc. were used as a metal, silicon wafers were used as a semiconductor substrate, and polymers of the polyheteroarylene type, such as polydiphenylenephthalide and others, were used as electroactive polymers. These are thermo- and chemically resistant polymers with good solubility, which allows them to be cleaned efficiently, as well as to obtain strong, transparent films that are transparent in the visible spectral region and uniform.

Измерения эффективной работы выхода электронов (ЭРВЭ) металлической поверхности, покрытой полимером, показали, что она уменьшается по сравнению с РВЭ чистой поверхности металлов в среднем на 1,8 эВ. А автоэлектронная эмиссия возникает в электрическом поле при напряженности Е ~12 В/мкм. Measurements of the effective work function of the electron yield (ERE) of a metal surface coated with a polymer showed that it decreases by an average of 1.8 eV compared to the EED of a clean metal surface. A field emission occurs in an electric field at a voltage of E ~ 12 V / μm.

На фиг.1 приведен пример автоэмиссионного катода, полученного из полимера, на фиг.2 показана вольт-амперная характеристика (ВАХ), типичная для подобных систем в координатах lnI/U2=f(U-1). Figure 1 shows an example of a field emission cathode obtained from a polymer, figure 2 shows the current-voltage characteristic (CVC), typical for such systems in the coordinates lnI / U 2 = f (U -1 ).

Эта ВАХ хорошо подчиняется известному закону Фаулера-Нордгейма, что видно из наличия линейной зависимости на представленной фигуре.This CVC is well subject to the well-known Fowler-Nordheim law, which is evident from the presence of a linear dependence in the presented figure.

На фиг.1 позицией 1 обозначен слой подложки, 2 - слой полимера, 3 - окна, формируемые в полимере 2 для создания эмиссионных тонких пленок, 4 - вытягивающий слой (вытягивающий электрод), в качестве которого используют, например, микроканальную пластину.In figure 1, 1 denotes a substrate layer, 2 - a polymer layer, 3 - windows formed in the polymer 2 to create emission thin films, 4 - a stretching layer (pulling electrode), which is used, for example, a microchannel plate.

На подложку 1, выполненную, например, из меди или вольфрама, наносили 0,5 вес.% раствор полимера 2 в органическом растворителе, который позволял получать пленки толщиной меньше ГППЗ. Нанесение осуществляли методом центрифугирования, который позволял получать однородные по толщине пленки по всей поверхности подложки 1. Нагрев пленки 2 производился с целью удаления остатков органического растворителя из пленки. Выбор режима нагрева определялся из следующих соображений. Минимальная температура нагрева - 150°С соответствовала максимальному времени нагрева - 24 часа; максимальная температура - 350°С соответствовала минимальному времени нагрева - 0,5 часа. Выбранный температурный интервал определен следующими условиями. При температуре ниже 150°С не происходит эффективное удаление остатков растворителя даже при значительном увеличении времени выдержки. Это обусловлено тем, что энергия термической активации комплекса растворитель-полимер, возникающего в процессе формования пленки полимера на подложке, ЕАК~kTA, где k - постоянная Больцмана, ТА - соответствует температуре, при которой начинается разрушение комплекса и составляет 150°С. При температурах выше 350°С начинается процесс дестабилизации структуры полимера на воздухе, в результате реакции окисления.On a substrate 1 made, for example, of copper or tungsten, a 0.5 wt.% Solution of polymer 2 in an organic solvent was applied, which made it possible to obtain films with a thickness less than GPPZ. The application was carried out by centrifugation, which made it possible to obtain films uniform in thickness over the entire surface of substrate 1. Heating of film 2 was carried out in order to remove residual organic solvent from the film. The choice of heating mode was determined from the following considerations. The minimum heating temperature - 150 ° С corresponded to the maximum heating time - 24 hours; the maximum temperature - 350 ° С corresponded to the minimum heating time - 0.5 hours. The selected temperature range is determined by the following conditions. At temperatures below 150 ° C, effective removal of solvent residues does not occur even with a significant increase in exposure time. This is due to the fact that the thermal activation energy of the solvent-polymer complex, which occurs during the formation of the polymer film on the substrate, Е AK ~ kT A , where k is the Boltzmann constant, Т А - corresponds to the temperature at which the destruction of the complex begins and is 150 ° С . At temperatures above 350 ° C, the process of destabilization of the polymer structure in air begins as a result of the oxidation reaction.

Второй способ изготовления автоэлектронного катода обеспечивает изготовление на поверхности катода эмитирующих электроны окон 3 - участков в наперед заданных местах и определенных размеров и формы. При этом способе на первой стадии изготовления полевого эмиссионного катода необходимо обеспечить формование полимерной пленки 2, образующей поверхность полевой эмиссии толщиной, превышающей ГППЗ параметр. Полимерная пленка большой толщины препятствует осуществлению автоэлектронной эмиссии.The second method of manufacturing an autoelectronic cathode provides the manufacture on the cathode surface of electron-emitting windows of 3 sections at predetermined locations and of certain sizes and shapes. With this method, at the first stage of manufacturing the field emission cathode, it is necessary to form a polymer film 2 forming a field emission surface with a thickness exceeding the GPPZ parameter. The polymer film of large thickness prevents the implementation of field emission.

Уменьшение на локальных наперед заданных участках слоя полимерного материала 3 до толщины меньше ГППЗ позволяет получить эмиссию электронов с поверхности этих участков при приложении электрического поля. Уменьшение толщины в локальных участках 3 пленки может быть осуществлено, например, литографическими методами. Толщина полимерной пленки полученных участков не должна превышать ГППЗ.A decrease in the previously localized sections of the layer of polymer material 3 to a thickness less than GPPZ allows the emission of electrons from the surface of these sections upon application of an electric field. The decrease in thickness in the local sections 3 of the film can be carried out, for example, by lithographic methods. The polymer film thickness of the obtained sections should not exceed GPPZ.

При третьем способе изготовления сначала на поверхности электропроводящей подложки 1 формируют полимерную пленку 2 толщиной, значительно превышающей ГППЗ параметр. На следующей стадии изготовления катода на поверхность полимерной пленки 2 известным способом наносят слой металла 4. В слое металла 4 создают окна 3 в наперед заданных местах нужного размера и формы. На следующей стадии в области отверстий 3 верхнего металлического слоя осуществляют уменьшение толщины слоя полимерного покрытия 2 до значений меньших ГППЗ, например, методом травления, формируя тем самым поверхность полевой эмиссии, на внешней поверхности полимерной пленки формируют вытягивающий электрод 4.In the third manufacturing method, first on the surface of the electrically conductive substrate 1, a polymer film 2 is formed with a thickness significantly exceeding the GPPZ parameter. At the next stage of cathode manufacture, a metal layer 4 is applied to the surface of the polymer film 2 in a known manner. In the metal layer 4, windows 3 are created in predetermined places of the desired size and shape. At the next stage, in the region of the openings 3 of the upper metal layer, the thickness of the polymer coating layer 2 is reduced to values lower than the GPPZ, for example, by etching, thereby forming a field emission surface, a drawing electrode 4 is formed on the outer surface of the polymer film.

Этот вариант выполнения способа позволяет:This embodiment of the method allows:

- в одном технологическом цикле совместить изготовление локальных участков катода, эмитирующих электроны при приложении электрического поля;- in one technological cycle to combine the manufacture of local sections of the cathode emitting electrons when an electric field is applied;

- создать спэйсер, задающий расстояние от эмитирующей поверхности до вытягивающего электрода необходимой толщины;- create a spacer that sets the distance from the emitting surface to the pulling electrode of the required thickness;

- создать вытягивающий электрод на поверхности спэйсера.- create a pull electrode on the spacer surface.

Совокупность предложенных операций решает главную цель предложенного изобретения - создание технологичных долговечных покрытий, обладающих высокой эмиссионной стабильностью.The combination of the proposed operations solves the main goal of the proposed invention - the creation of technologically advanced durable coatings with high emission stability.

Таким образом, заявляемое изобретение существенно расширяет класс материалов, используемых для создания полевых эмиттеров. При этом полимерные пленки, обладающие высокой адгезией, получают достаточно простым и дешевым способом. Получаемые пленки обладают достаточно стабильными механическими и химическими характеристиками при эксплуатации, сохраняют свойства без химической деградации даже в условиях высокого вакуума в течение длительного рабочего времени.Thus, the claimed invention significantly expands the class of materials used to create field emitters. At the same time, polymer films with high adhesion are obtained in a rather simple and cheap way. The resulting films have fairly stable mechanical and chemical characteristics during operation, retain properties without chemical degradation, even under high vacuum for a long working time.

Изобретение может найти применение в области, например, создания полевых эмиссионных дисплеев, отличающихся плоскопанельной конструкцией, небольшой массой, высоким разрешением, цифровой системой управления и низкой потребляемой мощностью при высоком качестве изображения. Широкая область возможного применения распространяется на технические решения от приборов вакуумной электроники до ярких источников света самого различного назначения. Современные технологии позволяют получать полимеры из ряда полигетероариленов, которые обладают термо- и хемостойкостью, хорошая растворимость которых позволяет проводить эффективную очистку, а также получать прочные, прозрачные в видимой области спектра, однородные пленки.The invention can find application in the field of, for example, creating field emission displays that differ in flat panel design, low weight, high resolution, digital control system and low power consumption with high image quality. A wide range of possible applications extends to technical solutions from vacuum electronics to bright light sources of various purposes. Modern technologies make it possible to obtain polymers from a number of polyheteroarylenes, which are thermo- and chemically resistant, whose good solubility allows for efficient cleaning, as well as to obtain strong, uniform films transparent in the visible spectral region.

Источники информации:Information sources:

1. АС РФ №323051, МПК (7) H 01 J 1/30, Бюлл. №8, 24.11.1972.1. AC of the Russian Federation No. 323051, IPC (7) H 01 J 1/30, Bull. No. 8, 11.24.1972.

2. Патент РФ №2161838, МПК (7) H 01 J 9/02, 1/30, 10.01.2001 г.2. RF patent No. 2161838, IPC (7) H 01 J 9/02, 1/30, 01/10/2001

3. Патент США №6384520, МПК (7) H 01 J 1/30, May 7, 2002.3. US Patent No. 6384520, IPC (7) H 01 J 1/30, May 7, 2002.

4. Патент США №6379210, МПК (7) Н 01 J 1/30, 2002.4. US Patent No. 6379210, IPC (7) H 01 J 1/30, 2002.

Claims (4)

1. Полевой эмиссионный катод, содержащий подложку с углеродсодержащей пленкой, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащей пленки используют электроактивный полимер класса полигетероариленов типа полидифениленфталида, образующий поверхность полевой эмиссии.1. Field emission cathode containing a substrate with a carbon-containing film, characterized in that the carbon-containing film is an electroactive polymer of the polyheteroarylene type, such as polydiphenylenephthalide, which forms the field emission surface. 2. Способ изготовления полевого эмиссионного катода по п.1, включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование пленки, образующей поверхность полевой эмиссии, отличающийся тем, что формование пленки осуществляют нагревом катода при температуре 150-360°С в течение 0,5-24 ч.2. A method of manufacturing a field emission cathode according to claim 1, comprising applying a polymer solution to a substrate surface, forming a film forming a field emission surface, characterized in that the film is formed by heating the cathode at a temperature of 150-360 ° C for 0.5- 24 h 3. Способ изготовления полевого эмиссионного катода по п.1, включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование пленки, образующей поверхность полевой эмиссии, отличающийся тем, что осуществляют формование полимерной пленки, толщиной превышающей глубину проникновения поверхностного разряда, нагревом катода при 150-360°С в течение 0,5-24 ч с последующим уменьшением на локальных участках толщины полимерной пленки до толщины, обеспечивающей эмиссионные свойства.3. A method of manufacturing a field emission cathode according to claim 1, comprising applying a polymer solution to a substrate surface, forming a film forming a field emission surface, characterized in that the polymer film is formed that is thicker than the depth of penetration of the surface discharge by heating the cathode at 150-360 ° C for 0.5-24 hours, followed by a decrease in the local sections of the thickness of the polymer film to a thickness that provides emission properties. 4. Способ изготовления полевого эмиссионного катода по п.1, включающий нанесение раствора полимера на поверхность подложки, формование пленки, образующей поверхность полевой эмиссии, отличающийся тем, что осуществляют формование полимерной пленки, толщиной превышающей глубину проникновения поверхностного разряда, нагревом катода при температуре 150-360°С в течение 0,5-24 ч, после чего на локальных участках уменьшают толщину полимерной пленки до толщины, обеспечивающей эмиссионные свойства, и на внешней поверхности полимерной пленки формируют вытягивающий электрод.4. A method of manufacturing a field emission cathode according to claim 1, comprising applying a polymer solution to a substrate surface, forming a film forming a field emission surface, characterized in that the polymer film is formed that is thicker than the depth of penetration of the surface discharge by heating the cathode at a temperature of 150- 360 ° C for 0.5-24 hours, after which the local thickness of the polymer film is reduced to a thickness providing emission properties, and on the outer surface of the polymer film pulling a pull electrode.
RU2002131474/09A 2002-11-25 2002-11-25 Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives) RU2271053C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131474/09A RU2271053C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives)
PCT/RU2003/000520 WO2004059683A1 (en) 2002-11-25 2003-11-24 Field-radiating cathode and methods for the production thereof
AU2003289732A AU2003289732A1 (en) 2002-11-25 2003-11-24 Field-radiating cathode and methods for the production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131474/09A RU2271053C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002131474A RU2002131474A (en) 2004-06-20
RU2271053C2 true RU2271053C2 (en) 2006-02-27

Family

ID=35610802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002131474/09A RU2271053C2 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2271053C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002131474A (en) 2004-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0928494B1 (en) Electron emitter
US5713775A (en) Field emitters of wide-bandgap materials and methods for their fabrication
US8927325B2 (en) Method for producing an organic radiation-emitting component and organic radiation-emitting component
JP4350745B2 (en) Nitrogen plasma treated ITO film and organic light emitting device using the same as anode
US6356014B2 (en) Electron emitters coated with carbon containing layer
JP2966842B1 (en) Field emission electron source
WO2004106582A2 (en) Physical vapor deposition of titanium-based films
US20060261719A1 (en) Field emitter device
RU2271053C2 (en) Field-emission cathode and its manufacturing process (alternatives)
US4038216A (en) Material and method of making secondary-electron emitters
RU2237313C2 (en) Use of electroactive polymers of the polygeteroarylen class as coatings possessing high emissive power
KR20050103510A (en) Catalyst structure particularly for the production of field emission flat screens
US3830717A (en) Semiconductor camera tube target
Park et al. Fabrication of ultrathin IrO2 top electrode for improving thermal stability of metal–insulator–metal field emission cathodes
CN110061124B (en) Robust graphene quantum Hall device and preparation method thereof
US20230320115A1 (en) Process for the halogen treatment of metal oxide layers
EP0639401B1 (en) Molecular processes and apparatus therefore
US4115228A (en) Method of making secondary-electron emitters
Balarin et al. Isolating surface layers on metallic conductors produced by ion bombardment
RU2813858C1 (en) Method of increasing efficiency of multi-tip electron field emission cathodes
RU2653843C2 (en) Method of increasing the density and stability of a matrix current of a multiple auto-emission cathode
JP4312326B2 (en) Electron emission device
JP2007280949A (en) Field emission electrode using carbon nanotube and its manufacturing method
JP2004503060A (en) Field emission cathodes and flat panel displays
KR100464007B1 (en) Mim emitter of field emission device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FA94 Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees)

Effective date: 20050210

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20050210

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041126