TWI290725B - Fabrication and activation processes for nanostructure composite field emission cathodes - Google Patents

Description

1290725 玫、發明說明： 本申請案根據35 U.S.C· 119請求2002年7月3日提出之美 國臨時申請案第60/393,097號，發明名稱“Fabrication and

Activation Processes of Field Emission Cathodes Composed of Carbon Nanotubes/Metal Composites”之優先權，其全部 内容在此併入作為參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於形成場發射結構及加入含奈米結構材料之 裝置之改良技術，及改良其性能之處理。本發明亦關於結 合之結構及裝置。 【先前技術】 各種構造及技術敘述於下。然而，在此所述者均不應視 為先行技蟄之承認。相反地，在適當之處，申請人明確地 保留證明任何在此所述者在可應用之法令條款下不符作為 先行技藝之權利。 熟悉此技藝者使用名詞「奈米」材料稱呼包括奈米顆粒 《材料，如C6〇富勒烯（fullerenes)、富勒缔型同心石墨顆粒 、金屬、化合物半導體，如cdse、Inp:奈米線/棒，如 、Ge、Sl〇x、Ge〇x，或由單或多元素紅成之奈米管，如碳 n CxByNz、M〇s2、與WS2。奈米結構材料之共同特點 為其基本建構區塊。單一奈米顆粒或碳奈米管具有在 至少一個方向小於500奈夫夕p斗。、丄⑴ 不木心尺寸。廷些型式之材料已顯示 呈現在許多應用及方法中引起興趣之特定性質。 已知奈米結構（如碳奈米管）由於其 ； ，、佝特炙幾何、極高之機 86572 1290725 械強度、及良好之化學與熱安定性，而為優良之電子場發 射子。實驗已證明其具有低電子發射臨界電場（〜：U2伏特/微 米），而且可在非常高之電流密度發射。 然而，由於此材料產生如不良膜均勻性及碳奈米管與基 材間之不足黏附性與導電性，尚無法由巨觀含後奈米管結 構與裝置得到高安定發射電流，如此限制其實際用途。 在合成碳奈米管之所有可用技術中，雷射燒蝕及電弧放電 法製造具高結構完美程度（因此及最佳之電子場發射性質）之 碳奈米管。然而，由其製造之材料為多孔性薄膜或粉末之 形式，其不易加入如陰極之場發射裝置中，而無法無進一 步處理而直接用於裝置上。雖然化學蒸氣沈積（cvd)法可使 碳奈米管在基材上直接生長，其需要非常高之溫度 (600-1_。(：）及反應性環境。㈣生長之竣奈米管通常亦無 法具有相同之結構完美程度，結果缺乏如雷射燒蝕或電弧 放電法製造之管之相同發射性質。為了完全利用竣奈米管 之優良電％發射性質，特別是藉雷射燒蝕與電弧放電法製 造之單壁碳奈米.管，已發展一些沈積技術。 此外，含於雷射燒蝕與電弧放電法形成之粉末或煙灰中 ;奈米管係隨機地定向。然而，在作為電子發射來源時， 將奈米管尖端以相时岐向為㈣㈣，如專月肖共同之發 射目標。因此，正常之奈米管定向缺乏對其在場發射裝^ 中之用途為另外之挑戰。 含奈米結構材料、裝置及技術之代表性揭示包括以下。 美國專利第-·號（序號09/296,527，發明名稱“心似 86572 1290725

Comprising Carbon Nanotube Field Emitter Structure and Process for Forming Device”），此揭示全部在此併入作為參 考，揭示碳奈米管為主之電子發射子結構。 美國專利第_號（序號〇9/351，537，發明名稱“Device

Comprising Thin Film Carbon Nanotube Electron Field Emitter Structure”），此揭示全部在此併入作為參考，揭示 具有高發射電流密度之碳奈米管場發射子結構。 美國專利第6,553，096號，發明名稱“X-Ray Generating Mechanism Using Electron Field-Emission Cathode”，此揭示 全邵在此併入作為參考，揭示加入至少部份地以含奈米結 構材料形成之陰極之X-射線產生裝置。 美國專利申請案公告US_2002/0094064，發明名稱 cc Large-Area Individually Addressable Multi-Beam X-Ray System and Method of Forming Same”，此揭示全部在此併入 作為參考，揭示產生x-射線之結構及技術，其包括多個固定 與個別可電定址場發射電子來源。 美國專利第_；-號（序號1〇/358，160，發明名稱“Method and Apparatus for Controlling Electron Beam Current”），此揭 示全部在此併入作為參考，揭示可藉壓電、熱、或光學手段 ，獨立控制電子發射電流之X-射線產生裝置。 美國專利申請案公告US-2002/0 140336，發明名稱“Coated

Electrode with Enhanced Electron Emission and Ignition Characteristics”，此揭示全部在此併入作為參考，揭示加入 含奈米結構材料之塗覆電極構造。 86572 1290725 美國專利第_號（申請案序號10/448,144，發明名稱 “Nanomaterial Based Electron Field-Emission Cathodes for Vacuum and Gaseous Electronics”），此揭示全部在此併入作 為參考，揭示至少部份地以含奈米結構材料為主之加入場 發射陰極之電子器材。 美國專利第6,385,292號，發明名稱“Solid State CT System and Method”，此揭示全部在此併入作為參考，揭示包括由 多個可定址元件形成之陰極之χ_射線來源。 美國專利第--號（申請案序號10/464,440，2003年6 月 19 日提出），發明名稱“Impr〇ved Electr〇de and Ass〇ciated

Devlces and Meth〇ds”，此揭示全部在此併入作為參考，揭 不包括加入嵌於基質材料中之含奈米結構材料之陰極之裝 置。 运射I虫技術等形成之竣奈 因此，可將藉電弧放電、 其他含奈米結構材料加人強效黏附場發射裝置中，同 Μ、良好之導電性及大量朝向發射方向突 方法為希望的。. π木$惑 【發明内容】 本晷月k供包含含奈米結構材料複义^ ^ ^ 陰極)之製造及活化方法。線…構二“f-置(如 科之顆粒，如。傻…丄 料混合其他材 導電材料，包括八凰， 〃屬或至屬合金，或（2)非 撐結構表面上，娜二：昆合物⑴塗覆於支 。此塗声w 堯結或熔入緊壓自由直立體中 *可為均勻的或以預定έ 疋、〜構圖樣化。將此自由直立 86572 1290725 體處理成所需幾何。 此塗層或自由直iL體可進一步處理以改良電子發射特徵 。-種改1電子場發射性質之方法為藉表面電化學蝕刻。 可使用高頻脈衝進一步使自複合物表面突起之碳奈 齊。 比較碳奈米管薄膜’如上所述形成之塗層提供較佳之本 奈米結構材料與基材間之黏附性及導電性。 ϋ 依照-個態m，本發明提供一種形成電子發射子之方法 ，其包括步驟：⑴形成含奈米結構材料；（Π)形成含夺米 結構材料與基質材料之混合物；㈣藉電泳沈積將—層混 合物沈積在基材之至少一個表面之至少一部份上；㈣將 此層燒結或溶化，因而形成複合物；及(v)電化學地触刻此 複合物以自其表面去除基質材料，因而暴露含奈米結構材 料。 【實施方式】 現在參考圖式敘述依照本發明之例示配置及技術。 依照本發明原.理會 王男仃之万法迥常可包括一些或全部以 步騾之組合：葬搞$、 精通㊄心技術，如電弧放電或 形成原含奈米鈐接分姓.m、 、 , " 牛’（2)形成含奈米結構材料與基質材 料之混合物；（3、腺a、日人^ /、 )將此此合物塗佈於支撐表面或基材上，或 將此混合物形成自士古二 直乂睹，（4)壓縮此混合物以改良表面 均勻性及/或平扭祕· 、 一，（）知此混合物燒結或熔化；（6)將燒 結混合物抱光及、、主、本· /同洗，（6)蝕刻此燒結混合物以去除基 料及暴露奈米祛Μ · ^、 、 。構材枓，（7)清洗蝕刻之混合物；（8)使此蝕 86572 1290725 對赢。°物退火’及（9)使關刻步驟暴露之奈米結構材料 此方法開始為預先形成原含奈米結構材料（較佳為其且古 ㈣比）或含奈米管材料（如含碳奈米管材料）。此原料可= 含早壁碳奈米管、多壁碳奈米管、矽、氧化矽、鍺、氧化 鍺、氮化碳、硼、氮化硼、二硫族化合物、銀、金、鐵、 =匕鈇、氧化鎵、磷化銦、或磁性顆粒（如卜、c。、與叫 土 乂包於奈米結構内。依照較佳具體實施例岑 碳奈米管材料包含單壁碳奈米管。此竣奈米管可藉由任； 通當（技術形成，如上述之電弧放電及雷射燒蝕法。 本發明亦意圖使原料為具組合物BxCyNz(B,，㈣，及 N=氮）之奈米管結構之形式，或可利用具組合物ms2(m=鵪 、：、或訊氧化物)之奈米管或同心富勒缔結構。這些原料 可藉任何週當之技術形成，如上述之電孤放電法。 此含原奈米結構材料可接受純化。可預見許多種純化原 料之技術。例如，此原料可藉由在適當溶劑(如過氧化物 (H202)昇水《組.合’ H2〇2濃度為^40體積％，較佳為約 體積％之_2,）中回流，繼而在％中然後於甲醇中清洗 ’繼而過滤而純化。依昭眇々I — 依…、此例π技術，對介質中每卜10毫 克奈米管將約10-100毫升過氧化物引入介質中，及回流反 應係在魏t之溫度進行(例如，參見美國專利第 6,553,096號）。 依照另一個替代方案，將原含奈米結構材料置於適當液 也介貝中，如鉍性介質、有機溶劑、或醇，較佳為曱醇。 86572 -10- 1290725 吏用強力超晋波杯使此原料在液體介質内保持懸浮數小時 ’同時使«浮液通過為多孔性薄膜。在另―個具體 財，此原料係藉由在2GG_7G(rc：之溫度於空氣或氧環境中 乳化而純化。原料中之雜f以比奈米管快之速率氧化。 八在另-個具體實施财，此原料可藉液相層析術純化而 分離奈米結構/奈米管與雜質。 奈米結構或奈米管亦可接受縮短其長度之縮短製程。例 =，碳奈米管可藉由暴露於強酸而縮短。或者，奈米管可 藉機械研磨技術（如球磨）而破碎或縮短。 不顺疋否接受上逑縮短製程，純化之原料亦可視情況地 在適當之溫度退火，如MOLW。依照較佳具體實施例 ，退火溫度為1〇〇。(：至600。(：。此材料退火適當之時間，如 t 1 土 60刀|里。依照較佳具體實施例，材料退火約}小時。 此材料在約ΙΟ·2托耳之真空中，或在甚至更高之真空壓力退 火。依照較佳具體實施例，此真空為約5χ1〇_7托耳。 其次，將奈米結構或奈米管材料組合基質材料以形成其 此合物。此基質·材料可包含可電化學地蝕刻之導電顆粒， 如金屬、金屬合金、或其混合物。指定實例包括：Fe、Mg 、Cu、Co、Νι、Zn、Cr、A卜 An、Ag、Sn、Pb、W、與丁1 '或其混合物。 或者’此基質材料可包含在高溫分解使金屬可電化學地 蝕刻之金屬鹽或氧化物。指定實例包括：Fe2〇3、丁丨〇2、Mg〇 、與Ca〇、或其混合物。 奈米結構或奈米管材料與基質材料係依照適當之技術組 86572 -11 - 1290725 合。、例如，可在適當溶劑（如醇或水）中將奈米結構或奈米管 # '斗汗磨或知磨，加入基質材料且一起研磨或粉磨而得其 、或⑹’孚液形式之均勻混合物。漿液或懸浮液之均勻性 可藉由對其應用超音波能量而改良。 此懸浮液可用以形成自由直立體110，如圖iA所描述，其 ^括fk機疋向奈米結構或奈米管112與基質ιΐ4。視情況地， ^字桌液或懸浮液乾燥成粉狀形式，其然後可壓縮或操作 形成適當之形狀。 或者，可依照適當之技術將漿液塗佈於支撐表面或基材 i此基材可由任何適當之導電材料製成，如金屬、金屬合 2石墨、摻雜矽。或者，此基材可由塗覆導電層之非導 電材料製成’如銦-錫氧化物玻璃、或具沈積金屬層之玻璃 或碎晶圓。 #雙佈漿敗或懸浮液之適當技術包括懸浮液或溶液鑄製、 噴灑、旋塗、網印、或電泳沈積（EPD)。如圖1B所描述，形 ^塗復to 120且包括嵌於基質124内之隨機定向奈米結構或 不米f 122因而形成塗佈於支撐表面或基材126之塗層。 存在太/m a物中之奈米結構或奈米管材料與基質材料之 比例可不同。依照例示具體實施例，此混合物包含10%之奈 米管與90%之基質材料（重量比）。 /依照較佳具體實施例’此混合物係藉卿沈積於支撐表面 或5材上。可使用任何適當之EpD法。對於例示技術之指定 、、'田節，例如，參見美國專利申請案序號6〇/43丨夕1 9，現為美 國專利第-號，其内容全部在此併入作為參考。 86572 -12- 1290725 此技術通常包括如上所述由混合物形 々成懸洋液。含於縣 浮液中之混合物之濃度可不同。例如’此懸浮液可為每^ 升液體介質含〇·4克奈米結構或奈米管/基質材料。 月匕 視情況地，將帶電體加人此懸浮液以利於電泳沈積 之帶電體包括 MgCl2、Mg(N〇3)2、La(N〇3)3、Y(N叫、

Alcl3、及氫氧化納。可使用任何適當之量。相對含於_ 液中心奈米結構或奈米管/基質材料混合物之量測量 為小於1%至观重量比之量為適合的。依照較佳具體會 例，此懸浮液可含少於1 〇%之帶電體。 她 然後將多個電極引入懸浮液中。依照較佳具體實施例， 使用兩個電極。電極之一㊣各Α μ 匕σ其上沈積混合物之物體。可 預見任何適當之物體或基材材料，只要其呈現必要 程度:依照較佳具體實施例，此物體4金屬或摻❹。1 將父流電或直流電施加於電極’因而在電極間產生W 著士。此k成懸/于履中《混合物顆粒朝向基材電極移動且附

在.高溫或在室溫進行。依照較佳具體實施例， W沈和係在高溫進行。可預見40嘗C ΕΡϋ可因施加直流電 又回概。 電時，可經帶電材料之選擇、Γ，，在施加直流 電極（即，㈣zm 、㈣㈣㈣之特定 芴不-次陰極）。例如，使用負帶電體 (Na〇H))賦與奈米結構材料备泰-風虱化鈉 向正極（陰極）之傾向。反之、 丁Ί结構材料移 ,反之，在使用正帶電體材料（如ΜβΓ丨、 時，對奈米結構材料賦與 ^ 2 兒何，因而產生奈米結構材料 86572 -13 - 1290725 移向負極（陽極）之傾向。 在使用交流電場時，可經由交流電頻率、液體 結構材料之介電常數、場集中度、及電極幾何之選擇 制奈米結構材料移向之粒狀電極。 ' ^ 圖2A略示地描述此EPD法之配置，此配置村 物之電化學㈣，如以下所述。如圖2A所描述，通常配二 200包括具有正與負端之電源21()。此末端連接—對電極叫 與214。電極係浸於液體介質216中。對於EpD法，第—電 包含其上沈積混合物塗層22〇之基材218。液體介質216:: 合物顆粒，視情況地及帶電體及/或其他额外成分 = 、一 勒朝向基材212電極且其附著於其表面之 2万 域精可:極間屋生之電，場極化。沈積混合物之基材電極 化塗可猎適當之遮蔽技術控制，因而可沈積均勾或圖樣 在塗層係藉EPD技術形成時，本發明之 括將沈積塗層题…万法可視情況地包 έ本；、 土廣土平坦表面（如玻璃或金屬板）上，因而改 艮表面之光滑性.及均勾性之步驟。 / 乂。塗層或自由直立體以固結奈米結構或夺米管/基 質複合物。例如a # 傅义τ木s /悬 至noo度c進〜1 結步驟可在5x10-7托耳之真空中於300 、订至多3小時（時間）。 在自由直立骨渔 拋光，及、、主、仏乏形式時，可視情況地將此燒結體切片或 廿丄’目洗’而提供具一或更多個光滑表面之體。 其次，較佳▲义 基材，以 為餘刻如上所述而形成之自由直立體或塗覆 自此體或塗層之至少一個表面之至少一部份去除 86572 -14- 1290725 一層基質材料。 此姓刻可依照任何適當之技術實行。然而 刻係藉雷仆與社灯一、 乂隹為此名虫 /猎“匕學技術完成。電化學 酸蝕刻菩，田& K技街，如 制蝕刻诘鱼·广、不 列包/原屋生〈電流而控 k率，（U)电化學蝕刻可相對蝕刻 、. 〈材料得到較大之選擇性（ 不應蝕刻 s、a U1J^化學蝕刻步騾易於整人 = = EPD之方法中，因4兩種步驟之基本裝置設定相二 事:r上’依照本發明’—種合併EPD與 賦與此方法特定之增效，在比妒規右扯# 土予d炙万法 、 在匕車乂現有技術時造成優異之控 制、万便性、及效率增益。 用於本發明之電化學蚀刻之基本概念類似用於電化學電 厪者。如圖2所不’塗覆之基材形成電源21〇之陰極⑴。將 另一個導電板2U(較佳為不鎊鋼或碳電極）連接至電源21〇 又負極。兩個電極212、214係浸於電化學浴216中。 液體介質或浴216可為含所钱刻材料（即，基質材料）之元 素H、或鹽之水性、或非水性溶液。原則上，可用 任何電化學地電鍍金屬或金屬合金之洛電化學地蚀刻金屬 或合金。例如，如果塗層220包含Fe/碳奈米管複合物，則用 万、电鐘Fe<電化學浴216可用以自Fe/碳奈米管複合物塗層 220蝕刻Fe層。在電化學蝕刻時，Fe/竣奈米管複合物中之以 原子在正極212氧化且溶於電鍍浴216中，及相同數量之卜 原子沈積於負極214而得電中性。碳材料在電化學反應時非 常安定，使得其一般在蝕刻製程中適存。 蝕刻步驟可在室溫或高溫實行。依照較佳具體實施例， 86572 -15- 1290725 電化學蝕刻步騾係在30-9(TC級數之高溫實行。 至於實例，如果基質材料為Fe，則蝕刻浴可為濃度240克 /公升之硫酸亞鐵（FeSCU)水溶液。較佳為，此浴之pH值為 2.8-3.5，及浴溫為32-66。(：。電流密度較佳為20-40安培/平 方英呎及電壓為1-20伏特。 圖2B與2C各略示地描述蝕刻前之塗覆基材220，，及蝕刻 後之塗覆基材220”。如圖2C所描述，蝕刻步騾在塗覆基材 之所需發射表面暴露許多奈米結構或奈米管22]1。 在私化學蚀刻後’視情況地使用去離子水與醇將此結構 70全清洗。然後視情況地在動態真空下將其退火，以除去 在處理時引入結構中之水分與溶劑。適當之例示退火條件 包含在5xl〇-7於85〇。(： 1.5小時。 此塗覆基材或自由直立體可以促進奈米結構或奈米管對 齊電T發射方向之方式進一步處理。許多種技術為適合的 依二二示具體貪施例，此塗覆基材或自由直立體可接受 门乂、私G脈衝。視陰極與陽極間之距離而定，脈衝之電壓 為數伏特土數百.伏特。此頻率為數KHz至MHz範圍。較佳為 數MHz。製程時間可為至多數小時，但是較佳為數分鐘。對 可在製程中任何適當之時間實行，較佳為在藉钱刻 暴路$米結構或奈米管後，及在對塗覆基材或自由直立體 通電以發射電子之前。 ^ 在如上所逑而實^、 /、仃 < 万法《基本架構内，許多種修改及 推測為可能％ 、 見在敘述依照上列本發明原理實行之例示 、非限制之額外方法。 86572 -16- 1290725 具精細像素大小或發射像素基質之場發射陰極亦可藉以 上（方法製造。如圖3A-3D所示，可藉刮刀片或類似裝置、 旋塗、網印、或電泳，將金屬/碳奈米管漿料32〇沈積於格子 基材3 1 0上。在適當條件下將塗覆之板燒結或熔化，因而得 到奈米管-金屬複合物之小沈積體33〇。將塗覆基材之上表面 3 4 0掘光及使用醇完全清洗。如圖3 ◦所示，將金屬/碳奈米管 複合物限於孔穴312中。然後將此結構蝕刻及清洗，較佳為 藉上述電化學技術，使得這些區域具有暴露之碳奈米管發 射予3 50(圖3D)。如以上所討論，暴露之奈米管亦可接受對 齊處理。 亦可藉微影技術製造類似之結構，如圖4a_4e所示。將光 阻層420沈積於金屬/碳奈米管複合片或膜41〇上。在顯影後 ’形成具有開放區域440之圖樣化結構430。將片或膜41〇電 化學地蝕刻，這些區域因開口44〇而暴露於浴。結果使碳奈 米官發射子450暴露。如以上所討論，暴露之奈米管45〇亦 可接文對齊處理。清除光阻層43〇且形成圖樣化陰極46〇。 因為微影技術可圖樣化非常小之特點，藉上述製程易得具 極精細焦點之陰極，如圖4E所示。 亦可藉如圖5A-5C所示之方法製造具精細焦點或精細焦 點陣列之場發射陰極。此基材包含具孔512之碟51〇，及具 孔5 1 6之圓錐5 1 4。依照上述技術將金屬/碳奈米漿料5 2 〇充填 至孔516中，如圖5B所示。較佳為，充填之孔在高溫真空退 火，因而形成奈米管-金屬複合物530之沈積體。然後電化學 地蝕刻複合物530之表面，以確定大量碳奈米管54〇自金屬 86572 -17- 1290725 基質暴露，如圖5C所示。視情況地，暴露之奈米管接受前 I對β製私步驟。如果需要，將前表面55〇拋光且進一步清 β /使得發射材料僅存在於孔中。亦可自背面將此金屬/碳 奈米桌料充填至結構中，如圖5Α之大箭頭所示。前表面55〇 及侧表面560可在充填前使用Para膜或其他之膜覆蓋。其可 在无填製程後剝除，使得前（發射）表面僅在孔516區域中具 有發射材科。 二極體場發射結構，如圖6A-6E所示 亦可藉微影技術製造 將；I包層620沈和在碳奈米管/金屬複合物膜或體61〇上。 將導電層63G沈積在介電層62()上。將光阻層_沈積在導電層 630上且暴露及顯影。藉正常微影技術可製造如圖佔所示 4具開口 650〈圖樣化結構。藉電化學蝕刻可蝕刻一層奈米管 /金屬合物61G，因而在其表面暴露奈米管發射子66G(圖6D) 。暴路《奈米管66〇可視情況地接受對齊步驟。清除其餘之光 p且層。所得之三極體場發射陰極67〇示於圖6e。 上述之技術可用 子，如平板顯示器 放電管等。 以形成用於許多種不同裝置之電子發射 、微波真空管、可攜式^射線裝置、氣體 施例而敘述，特定之修改 因此，本發明僅受所附申 雖然本發明已參考上述具體實 對熟悉此技藝者為顯而易知的。 請專利範圍之範圍及精神限制。 【圖式簡單說明】 述 圖1A與1B為依照本發明之 基質-奈米管複合物之略示描 86572 -18- 1290725 圖2A-2C為依照本發明之蝕刻步騾之略示描述。 圖3A-3D為依照本發明形成具基質-奈米管複合物結構陣 列之基材（例如，陰極）之技術之略示描述。 圖4A-4E為依照本發明形成具場發射用精細焦點陣列之 基材（例如，陰極）之替代技術之略示描述。 圖5A-5C為依照本發明提供具場發射用精細焦點陣列之 基材（例如，陰極）之替代技術之略示描述。 圖6A-6E為依照本發明形成三極體場發射結構之技術之 略示描述。 【圖式代表符號說明】 110 自由直立體 112, 122, 221 奈米結構或奈米管 114, 124 基質 120 塗覆體 126 支撐表面或基材 200 配置 210 電源 212, 214 電極 216 液體介質 218 基材 220 混合物塗層 220, ，220，， 塗覆基材 310 格子基材 312 孔穴 86572 -19- 1290725 320, 520 金屬/碳奈米管漿料 330 奈米管-金屬複合物之小沈積體 340 上表面 350, 660 碳奈米管發射子 410, 610 金屬/碳奈米管複合片或膜 420, 640 光阻層 430 圖樣化結構 440 開放區域 450 奈米管 460 圖樣化陰極 510 碟 512, 516 孔 514 圓錐 530 奈米管-金屬複合物 540 碳奈米管 550 前表面 560 側表面 620 介電層 630 導電層 650 開口 670 三極體場發射陰極 86572 -20-

Claims (1)

12 9(W(3否i821 ο號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年5月）拾、申請專利範園：

種形成電子發射子> +、、土 一了 一一一——一」 丁卞 < 万法，孩万法包含步驟： (1)形成含奈米結構材料； (Π)形成包含含奈米結構材料與基質材料之混合物 (1Π)藉電泳沈積將一層混合物沈積在基材之至少一 個表面之至少一部份上； (IV) 於真空下將該層燒結或熔化，因而形成複合物； (V) 電化學地触刻該複合物以自其表面去除基質材料 ’因而暴露含奈米結構材料；及 (VI) 藉由高頻電壓脈衝使至少一部份暴露之含奈米 結構材料對齊電子發射方向。 2. 根據申請專利範圍第丨項之方法，其進—步包含步驟： 在步驟（iii)後將層壓縮，因而改良層之表面光滑性。 3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其進—步包含步驟： 在步騾（iv)後將複合物表面拋光及清洗。 4. 根據申請專利範圍第3項之方法，其進—步包含步驟： 在步驟（V )後清洗複合物。 5·根據申請專利範圍第4項之方法，其進—步包含步驟： 在步驟（V)後將複合物退火。 6·根據申請專利IS圍第β之方法，其中步驟⑴包含藉μ 燒餘或電弧放電技術形成含奈米結構材料，及該今各、， 結構材料包含單壁碳奈米管。 Τ' 7·根據中請專利範圍第i項之方法，纟進—步包含在步驟 86572_960529.doc 1290725 ”、屯化含奈米結構材料之步驟。 •根據申請專利範園第1項 含奈米管，及’、土結構材料包 長度之步辨。以万進一步包含在步驟（ii)前縮短奈米管 I 專利範圍第㈣之方法，其中奈米管係藉由暴露 万；敗或藉研磨而縮短。 10’根^請專利範園第1之方法，其中基質材料包含：卜 w g: CU、C〇、Ni、Zn、Cr、A卜 Au、Ag、Sn、Pb、 w、Ti、或其混合物。 "·:據申請專利範圍第e之方法，其中在步驟⑻加入之基 貝材料包3 · Fe2〇3、Ti〇2、MgO、CaO;或其混合物。 根據申叫專利範圍第丄項之方法，其中步驟⑼包含研磨 含奈米結構材料與基質材料，因而形成均勻混合物。 13. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(ii)包含形成 含奈米結構材料與基質材料之懸浮液。 14. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該基材包含：金屬 :金屬合金、摻雜矽、石墨、或具-層銦-鍚-氧化物玻 璃或金屬之非導電材料。 15·^據申請專利範圍第丨項之方法，其中步驟（π)進一步包 口形成違混合物之懸浮液，將帶電體加入該懸浮液，將 基材與相對電極引入懸浮液中，將基材與相對電極連接 至電源，及對基材與相對電極施加電流，因而以造成混 合物朝向基材之暴露表面移動且附著之方式，造成混合 物極化。 86572-960529.doc -2- 1290725 16·根據申請專利範圍第15項之方法’其中步驟㈣進一步包 含遮蔽基材之至少—部份，因而隔離該部份㈣浮液。. 1 7·根據中請專利範圍第i項之方法，其中步驟（出)係在爪、 C之溫度實行。 18·根據申請專利範園第”頁之方法，其中步驟㈣係在 300-1200°C之溫度實行。 19·根據申請專利範圍第1項之方法，其中基材之至少一個表 面包含具多個孔穴之格子表面。 20·根據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含步驟： 在步驟（iii)前將光阻層塗佈於基材之 而且以在其中形成開口圖樣之方式將光阻層二表^ 口在步驟（m)中使基材之至少—個表面之選擇部份暴露 於混合物。 21. 根據申請專利範圍第2〇項之方法，其進一步包含步驟： 在步驟（出）後自基材之至少一個表面纟除光阻材料。 22. 根據中請專利範圍第i項之方法，其中該基材包含碟與圓 錐’其各具有形成於其中以接受混合物之孔。 23. 根據中請專利範圍第α之方法，其進—步在步驟⑼)前 包含步驟： 在基材之至少一個表面上沈積介電層； 在該介電層上沈積導電層； 在該導電層上沈積光阻層； 以在其中形成開口圖樣之方式將該光阻層顯影；及 去除開口圖樣暴露之介電層與導電層部份。 86572-960529.doc -3- 1290725 ，其進一步包含步驟· 其中步·驟（v)及（vi)係以 24·根據申請專利範圍第23項之方法 在步驟（iii)後去除光阻材料。 25·根據申請專利範圍第1項之方法， 下列步驟代替： 在该複合物上沈積一光阻層； 不A阻層中形成一具有開放區域之圖樣化結構，以 暴露出該複合物之部分； 所電化學蝕刻經由該開口區域暴露之該複合物以去除基 貝材料，因此在該開口區域中暴露含奈米結構材料； 對齊該暴露之含奈米結構材料；及 清除該光阻層以形成圖樣化電極。 2 6 · —種形成電子發射子 、、、， • 々包丁银耵于之万法，孩方法包含步驟： (1)形成碳奈米管； (^)藉由暴露於酸或藉研磨而縮短碳奈米管； (1)万、真i巾，1〇(M2〇〇〇C下將該縮短之碳奈米管退火 ㈣形成包含該縮短、退火之碳奈米管及基質材料之混 合物； ⑺藉電泳沈積將一層混合物沈積在基材之至少/個 表面之至少一部份上； (W)於真空下將該層燒結或⑹匕，因而形成複合物；及 (vn)電化學地蚀刻該複合物以自其表面去除—層基質 材料，因而暴露碳奈米管。 86572-960529.doc -4-