TWI464772B - 熱發射電子器件 - Google Patents

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TWI464772B
TWI464772B TW101122574A TW101122574A TWI464772B TW I464772 B TWI464772 B TW I464772B TW 101122574 A TW101122574 A TW 101122574A TW 101122574 A TW101122574 A TW 101122574A TW I464772 B TWI464772 B TW I464772B
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Yang Wei
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Description

熱發射電子器件
本發明涉及一種熱發射電子器件，尤其涉及一基於奈米碳管的熱發射電子器件。
熱電子發射是把物體加熱到足夠高的溫度，物體內部電子的能量隨著溫度的升高而增大，其中一部分電子的能量大到足以克服阻礙它們逸出的障礙，即逸出功，而由物體內進入真空。在熱電子發射過程中，發射電子的物體被稱為熱發射電子源。
然而，先前的熱發射電子源對於加熱電流的回應速度較慢，即通電加熱後無法做到快速發出電子，而斷電後無法做到快速停止發射電子，無法發射理想的脈衝熱電子流。
有鑒於此，提供一種能夠發射脈衝熱電子流的新型熱發射電子器件實為必要。
一種熱發射電子器件，包括一絕緣基底，一圖案化奈米碳管膜結構，一正極以及一負極，該絕緣基底具有一表面，該表面具有一邊緣；該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，該圖案化奈米碳管膜結構包括兩個條形臂，該兩個條形臂在端部相連以形成一尖端，該尖端突出該絕緣基底所述表面的邊緣並懸空設置，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該 絕緣基底所述表面的奈米碳管；該圖案化奈米碳管膜結構串連與該正極與該負極之間，該正極及該負極用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
一種熱發射電子器件，包括一絕緣基底，複數個相互間隔的圖案化奈米碳管膜結構，複數個正極引線，以及複數個負極引線，該絕緣基底具有一表面及複數個相互間隔設置的凹部，該表面具有複數個邊緣，每個所述邊緣為每個凹部的一條邊；每個該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，每個該圖案化奈米碳管膜結構包括兩個條形臂，該兩個條形臂在端部相連以形成一尖端，該複數個凹部與該複數個圖案化奈米碳管膜結構的位置一一對應，使每個該圖案化奈米碳管膜結構的所述尖端突出該對應凹部的該條邊，在該對應凹部處懸空設置，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該絕緣基底所述表面的奈米碳管；每個該正極引線與複數個該圖案化奈米碳管膜結構的一個連接部機械並電性連接；每個該負極引線與複數個該圖案化奈米碳管膜結構的另一個連接部機械並電性連接，使每個該圖案化奈米碳管膜結構串連於一正極引線與一負極引線之間，該正極引線及該負極引線用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
一種熱發射電子器件，包括一絕緣基底，一圖案化奈米碳管膜結構，一正極以及一負極，該絕緣基底具有一表面，該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，該圖案化奈米碳 管膜結構在兩個相對的方向上具有複數個懸空設置的尖端，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該絕緣基底所述表面的奈米碳管，該圖案化奈米碳管膜結構串連於該正極與該負極之間，該正極及該負極用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
相較於先前技術，該熱發射電子器件中的圖案化奈米碳管膜結構具有懸空設置的尖端，該懸空設置的尖端具有極薄的厚度和較小的尖端尺寸，能夠隨脈衝電壓迅速的升降溫，從而進行熱發射，發出脈衝熱電子流。
100,200,300,400‧‧‧熱發射電子器件
110,210,310,410,20‧‧‧絕緣基底
120,220,320,420,30‧‧‧圖案化奈米碳管膜結構
112,212,22‧‧‧表面
114,214‧‧‧邊緣
122,322,422,32‧‧‧條形臂
124,224,324,424,34‧‧‧尖端
126,36‧‧‧連接部
1220‧‧‧第一端
1222‧‧‧第二端
128‧‧‧凹槽
130,330,430‧‧‧正極
140,340,440‧‧‧負極
150‧‧‧脈衝電源
216‧‧‧凹部
230‧‧‧正極引線
240‧‧‧負極引線
10‧‧‧奈米碳管膜結構
14‧‧‧第一鏤空圖案
16‧‧‧第二鏤空圖案
26‧‧‧帶狀凹部
28‧‧‧連接部刻蝕槽體圖案
18‧‧‧第三鏤空圖案
24‧‧‧輔助刻蝕槽體圖案
40‧‧‧定位線
50‧‧‧矽基底
52‧‧‧氮化矽層
54‧‧‧氧化矽膜
圖1為本發明第一實施例提供的熱發射電子器件的俯視示意圖。
圖2為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖3為本發明實施例複數個沿不同方向層疊設置的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖4為本發明第一實施例的圖案化奈米碳管膜結構突出絕緣基底部分的俯視示意圖。
圖5為本發明第一實施例的圖案化奈米碳管膜結構突出絕緣基底部分的掃描電鏡照片。
圖6為本發明第一實施例的圖案化奈米碳管膜結構尖端處的透射電鏡照片。
圖7為本發明第一實施例的圖案化奈米碳管膜結構尖端處的奈米碳管的透射電鏡照片。
圖8為本發明第二實施例的熱發射電子器件中的圖案化奈米碳管膜結構尖端處的掃描電鏡照片。
圖9為本發明第三實施例的提供的熱發射電子器件的俯視示意圖。
圖10為本發明第四實施例的提供的熱發射電子器件的俯視示意圖。
圖11為本發明第五實施例的提供的熱發射電子器件的俯視示意圖。
圖12為本發明實施例提供的熱發射電子器件的製備方法的流程圖。
圖13為本發明實施例提供的熱發射電子器件的製備方法的過程示意圖。
圖14為本發明實施例提供的熱發射電子器件包含方法(1)的製備方法的過程示意圖。
圖15為本發明實施例提供的熱發射電子器件包含方法(2)的製備方法的過程示意圖。
圖16為本發明實施例提供的熱發射電子器件包含方法(3)的製備方法的過程示意圖。
圖17為本發明實施例具有輔助刻蝕槽體結構的絕緣基底的剖視示意圖。
圖18為本發明實施例一種圖案化奈米碳管膜結構的俯視結構示意圖。
圖19為本發明實施例熱發射電子器件通過直流電在真空中點亮的光學照片。
圖20為本發明實施例加熱電壓與熱發射電子器件的尖端溫度的測試曲線。
圖21為本發明實施例加熱功率與熱發射電子器件的尖端溫度的測試曲線。
圖22為本發明實施例熱發射電子器件的脈衝熱發射性能測試曲線。
以下將結合附圖對本發明的熱發射電子器件作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種熱發射電子器件100，其為一脈衝熱發射電子器件，其包括一絕緣基底110、一圖案化奈米碳管膜結構120、一正極130以及一負極140。
該絕緣基底110具有一表面112，該表面112具有一邊緣114。該圖案化奈米碳管膜結構120部分設置於該絕緣基底110的所述表面112。該圖案化奈米碳管膜結構120包括兩個條形臂122，該兩個條形臂122之間呈一小於180度的夾角α，並在端部相連以形成一尖端124。該尖端124突出該絕緣基底110所述表面112的邊緣114並懸空設置。該圖案化奈米碳管膜結構120包括複數個基本平行於該絕緣基底110所述表面112的奈米碳管。
該圖案化奈米碳管膜結構120串連於該正極130與負極140之間，即該正極130、該一個條形臂122、該尖端124、該另一條形臂122以及該負極140依次相連。該正極130及該負極140用於向該圖案化奈米碳管膜結構120施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構120對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端124發出脈衝熱電子流。
該熱發射電子器件100具有較低的開啟電壓，即發出脈衝熱電子流的最小脈衝電壓。本實施例中，該開啟電壓為8V至20V。
該脈衝電壓為大於或等於8V，並小於該圖案化奈米碳管膜結構120的熔斷電壓。該脈衝電壓具體包括在時間上相互間隔且大於或等於8V的複數個電壓值，該複數個電壓值可以相同或不同。該圖案化奈米碳管膜結構120可僅通過該加熱電壓發射電子，而無需外加場發射陽極使該圖案化奈米碳管膜結構120進行場發射。
另外，該熱發射電子器件100可進一步包括一脈衝電源150，分別與該正極130及負極140電連接。
另外，該熱發射電子器件100可進一步包括一真空封裝結構(圖未示)，將該絕緣基底110、圖案化奈米碳管膜結構120、正極130以及負極140封裝於該真空封裝結構內部。本實施例中，該真空封裝結構內部的真空度為2×10-5Pa。
該絕緣基底110可以為板狀或片狀，如陶瓷基板、玻璃基板、樹脂基板、石英基板及具有氧化矽層的矽基板等。所述絕緣基底110的尺寸及厚度不限，本領域技術人員可以根據實際需要選擇。該絕緣基底110的表面為絕緣表面。本實施例中，所述絕緣基 底110為具有氧化矽層的矽基板，所述表面112的材料為該氧化矽層，該氧化矽層的厚度為1微米，該絕緣基底110的整體厚度為0.5毫米。
該圖案化奈米碳管膜結構120為可以實現自支撐的膜狀結構，具體可以包括複數個相互層疊設置的奈米碳管膜。每個奈米碳管膜包括複數個基本沿相同方向排列的奈米碳管，即該奈米碳管膜為定向奈米碳管膜。在該複數個相互層疊設置的奈米碳管膜中，至少一奈米碳管膜中的奈米碳管優選沿從絕緣基底110的邊緣114到尖端124方向延伸。更為優選地，該至少一奈米碳管膜中的奈米碳管沿垂直於該絕緣基底110的邊緣114方向延伸。
請參閱圖2，該定向的奈米碳管膜優選為從奈米碳管陣列中拉取獲得的自支撐的奈米碳管膜，該奈米碳管膜由若干奈米碳管組成，所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，從而使該奈米碳管膜能夠實現自支撐。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。進一步地，所述奈米碳管膜可包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個相互平行的奈米 碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。另外，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。當該複數個相互層疊設置的奈米碳管膜中至少一奈米碳管膜中的奈米碳管沿從絕緣基底110的邊緣114到尖端124方向延伸，且該奈米碳管膜從奈米碳管陣列中拉取獲得時，該奈米碳管膜中的奈米碳管首尾相連地從該絕緣基底110的邊緣114延伸到該尖端124。更為優選地，該至少一奈米碳管膜中的奈米碳管首尾相連地沿垂直於該絕緣基底110的邊緣114方向延伸。
所述自支撐是奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。該奈米碳管膜的厚度約為0.5奈米至100微米，優選為0.5奈米至10微米。
請參閱圖3，在該圖案化奈米碳管膜結構120中，該複數個定向的奈米碳管膜沿至少兩個不同方向層疊設置，使沿不同方向層疊的奈米碳管膜中的奈米碳管之間相互交叉，以形成一夾角β，β大於0度且小於或等於90度(0°<β≦90°)，該奈米碳管膜的層數不限，可根據實際需要選擇，優選為4層至40層。本實施例中，該圖案化奈米碳管膜結構120包括10層相互層疊設置的奈米碳管 膜，相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管之間的夾角β為90度。該複數個奈米碳管之間直接接觸並通過凡得瓦力緊密結合，從而形成一穩定且自支撐的奈米碳管膜結構120，在該奈米碳管膜結構120中相鄰的奈米碳管相互連接，從而形成一導電網路。由於該奈米碳管膜具有極薄的厚度，將多層奈米碳管膜層疊設置後該圖案化奈米碳管膜結構120仍然具有較薄的厚度。本實施例中，該20層奈米碳管膜層疊設置後該圖案化奈米碳管膜結構120的厚度約為10奈米至40奈米。可以理解，由於該奈米碳管膜可以從陣列中拉取獲得，因此具有較為均勻的厚度，將該複數個奈米碳管膜層疊設置後形成的圖案化奈米碳管膜結構120也具有較為均勻的厚度，從而具有較為均勻的電導率。該圖案化奈米碳管膜結構120具有較薄的厚度，從而可以具有較小的單位面積熱容，單位面積熱容越小，從而更有利於使該熱發射電子器件100具有更小的開啟電壓和更快的回應速度。
該圖案化奈米碳管膜結構120鋪設於該絕緣基底110的所述表面112，由於具有自支撐性，該圖案化奈米碳管膜結構120從所述表面112的邊緣114突出的部分可以懸空設置，並仍然保持平行於所述絕緣基底110的表面112的狀態，即懸空設置的部分圖案化奈米碳管膜結構120中的奈米碳管仍然平行於該絕緣基底110的表面112。
請參閱圖4及圖5，在該圖案化奈米碳管膜結構120中，該兩個條形臂122為通過圖案化處理一奈米碳管膜結構得到的一體結構，該一體結構為V形或U形結構。該兩個條形臂122分別具有一長度方向，並且沿該長度方向分別具有一第一端1220和第二端1222。 該兩個條形臂122在所述第一端1220相連並形成所述尖端124，即所述V形或U形結構的頂端。該兩個條形臂122在該尖端124處(即第一端1220)具有最小的寬度。該兩個條形臂122的第二端1222可分別與該正極130及負極140機械及電性連接。
該兩個條形臂122的長度方向之間呈一小於180度的夾角α。該夾角α優選為15度至120度。在本實施例中，該夾角α為60度。該夾角α越小，越利於使熱發射電子器件發出的脈衝熱電子流具有較好的定向性，即發出的熱電子基本沿相同方向發射。該尖端124的最頂端處可以為一個奈米碳管的直徑，如0.5奈米。該圖案化奈米碳管膜結構120可以僅將所述尖端124突出所述絕緣基底110的表面112的邊緣114並懸空設置，也可以將兩個條形臂122形成的V形或U形結構整體突出於所述邊緣114並懸空設置。本實施例中，該兩個條形臂122均整體突出於所述邊緣114並懸空設置。該兩個條形臂122的形狀不限，整體為條帶狀即可，本實施例中，該兩個條形臂122從第二端1222到第一端1220寬度逐漸減小，從而使該兩個條形臂122的電阻從第二端1222到第一端1220逐漸增大，從而有利於發出定向的脈衝熱電子流。該兩個條形臂122在第一端1220寬度優選為10微米至300微米。可以理解，該兩個條形臂122在第一端1220寬度越小，該尖端124的電阻越大，從而使該圖案化奈米碳管膜結構120在該尖端124處越易被加熱，並進行熱發射。
進一步地，該兩個條形臂122可以具有處處相等的厚度，也可以具有刃狀的厚度變化，具體地，該兩個條形臂122邊緣處的厚度可以小於中部的厚度。從圖5中可以看出，該兩個條形臂122中部 顏色較淺，越向邊緣處的顏色越深，說明本實施例中，該兩個條形臂122具有邊緣薄中間厚的刃狀厚度變化，兩個條形臂122的厚度從中間向邊緣逐漸變薄，且在邊緣處的厚度為奈米級，從而使該圖案化奈米碳管膜結構120用於熱發射電子器件100時具有較好的熱發射性能。
進一步地，該兩個條形臂122可沿一軸線對稱，該軸線通過所述尖端124。當所述絕緣基底110表面112的邊緣114為直線時，該軸線可垂直於該邊緣114。當該兩個條形臂122沿所述軸線對稱時，該圖案化奈米碳管膜結構120中至少一奈米碳管膜中的奈米碳管的排列方向可以為該軸線方向。當該奈米碳管膜從奈米碳管陣列中拉取獲得時，該奈米碳管膜中的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連地沿所述軸線的方向延伸。請參閱圖6，在本實施例中，該兩個條形臂122沿垂直於所述邊緣114的軸線對稱，該複數個層疊設置的奈米碳管膜中一半數量的奈米碳管膜中的奈米碳管沿所述軸線延伸，另一半數量的奈米碳管膜中的奈米碳管沿垂直於所述軸線的方向延伸。請參閱圖7，進一步地，在所述尖端124處，該奈米碳管的端部可以具有開口(圖中箭頭所指處)，從而利於使熱電子從奈米碳管端部發出。
該兩個條形臂122的連接處可進一步具有一凹槽128，該凹槽128的深度方向平行於該絕緣基底110的所述表面112，並從遠離該尖端124的方向向該尖端124延伸。該凹槽128可以沿深度方向寬度不變或寬度逐漸減小。該凹槽128的底端與該尖端124頂端之間具有一定距離，從而使該兩個條形臂122仍然保持相連。該凹槽128的底端與該尖端124之間的距離可以為10微米至300微米，本實施 例中，該凹槽128的底端與該尖端124之間的距離為210微米。可以理解，當該圖案化奈米碳管膜結構120具有該凹槽128時，該兩個條形臂122可以具有較寬或均一的寬度，而僅在第一端1220寬度達到最小，從而適於脈衝熱發射的應用。當該兩個條形臂122沿所述軸線對稱時，該凹槽128的深度方向可以為該軸線方向，並與該軸線重合。可以理解，該圖案化奈米碳管膜結構120可看做一彎折的導電條帶，該導電條帶在該尖端124處可以具有最小的寬度，從而具有最大的電阻，使該熱發射電子器件100在該尖端124處進行脈衝熱發射。
請一併參閱圖1，為便於與正極130及負極140連接並對該圖案化奈米碳管膜結構120的懸空部分提供更好的支撐，該圖案化奈米碳管膜結構120可進一步包括兩個連接部126，該兩個連接部126分別與所述兩個條形臂122相連接，該兩個連接部126設置於該絕緣基底110的所述表面112。該兩個連接部126與所述兩個條形臂122同樣為通過圖案化處理一奈米碳管膜結構得到，該兩個連接部126與該兩個條形臂122為一整體結構。該兩個連接部126的形狀不限，本實施例為矩形條帶，且該矩形條帶的寬度與該條形臂第二端1222的寬度相等。當該圖案化奈米碳管膜結構120包括該兩個連接部126時，該正極130及負極140可分別與該兩個連接部126機械及電性連接，並通過該兩個連接部126與該兩個條形臂122電連接。
可以理解，該尖端124、兩個條形臂122及連接部126均為圖案化奈米碳管膜結構120的一部分。在本實施例中，該圖案化奈米碳管膜結構120僅由奈米碳管組成。
請參閱圖8，本發明第二實施例提供一種熱發射電子器件，其與上述第一實施例的熱發射電子器件100具有基本相同的結構，其區別僅在於，所述圖案化奈米碳管膜結構120進一步包括複數個突出於該尖端124的奈米碳管。該複數個奈米碳管可從該尖端向外呈發散狀延伸，該複數個奈米碳管之間相互間隔，從而使該尖端124在微觀上具有複數個間隔的微尖端，該複數個微尖端均可發出熱電子。該突出於該尖端124的複數個奈米碳管仍然屬於該圖案化奈米碳管膜結構120的一部分，與所述兩個條形臂122為一整體結構，該複數個突出的奈米碳管與條形臂122中的奈米碳管通過凡得瓦力相連接。
請參閱圖9，本發明第三實施例提供一種熱發射電子器件200，其包括一絕緣基底210及複數個圖案化奈米碳管膜結構220。該絕緣基底210具有一表面212，該複數個圖案化奈米碳管膜結構220相互之間間隔設置，並部分設置於該絕緣基底210的表面212。該絕緣基底210及圖案化奈米碳管膜結構220的結構與第一實施例絕緣基底110及圖案化奈米碳管膜結構120的結構基本相同，其區別僅在於該絕緣基底210具有複數個相互間隔設置的凹部216，該絕緣基底210的表面212具有複數個所述邊緣214，每個所述邊緣214為每個凹部216的一條邊，該複數個凹部216與該複數個圖案化奈米碳管膜結構120的位置一一對應，使每一圖案化奈米碳管膜結構220的所述尖端224突出該對應凹部216的該條邊，在該對應凹部216處懸空設置。本實施例中，該凹部216為矩形的通孔結構。
該熱發射電子器件200進一步包括複數個正極引線230及複數個負極引線240，該正極引線230與該圖案化奈米碳管膜結構220的一 個連接部226機械並電性連接，該負極引線240與該圖案化奈米碳管膜結構220的另一個連接部226機械並電性連接。具體地，該複數個圖案化奈米碳管膜結構220及對應的複數個凹部216可以按行及列排列，該每一正極引線230對應一列圖案化奈米碳管膜結構220，並與該列中的圖案化奈米碳管膜結構220的一個連接部226機械並電性連接；每一負極引線240對應一行圖案化奈米碳管膜結構220，並與該行中的圖案化奈米碳管膜結構220的另一個連接部226機械並電性連接。
在本實施例中，該正極引線230與負極引線240均設置在該絕緣基底210的表面212，該複數個正極引線230相互平行，該複數個負極引線240相互並行，該正極引線230與負極引線240相互交叉，如相互垂直設置，且該正極引線230與負極引線240之間電絕緣。例如，該正極引線230與負極引線240之間可進一步設置一絕緣層250，將該正極引線230與負極引線240在交叉處相互間隔設置。該每兩個相鄰的正極極引線230與每兩個相鄰的負極極引線240形成一個網格，每個圖案化奈米碳管膜結構220對應一個網格設置。
進一步地，該複數個按行及按列排列的凹部之間相互間隔，該正極引線230設置在相鄰的兩列凹部216之間的絕緣基底210的表面212，該負極引線240設置在相鄰的兩行凹部216之間的絕緣基底210的表面212。
通過該複數個正極引線230及複數個負極引線240，可以使該熱發射電子器件200實現定址功能，即通過第n個正極引線230及第m個負極引線240可以對連接於該第n個正極引線230及第m個負極引線 240之間的圖案化奈米碳管膜結構220施加一脈衝電壓，從而使該圖案化奈米碳管膜結構220發出脈衝熱電流。
請參閱圖10，本發明第四實施例提供一種熱發射電子器件300，其與上述第一實施例的熱發射電子器件200具有基本相同的結構，其區別僅在於，該圖案化奈米碳管膜結構320包括多對條形臂322以及由該多對條形臂322形成的複數個尖端324，該多對條形臂322首尾相連形成一折線結構，從而使該圖案化奈米碳管膜結構320在兩個相對的方向上具有複數個突出的懸空設置的尖端324，從而可以向相反的兩個方向發出脈衝熱電流。該多對條形臂322可具有基本相同的寬度，僅通過與第三實施例相似的凹部(圖未示)，使該多對條形臂322在該複數個尖端324處具有最小的寬度，從而具有最大的電阻。該多對條形臂322中位於兩端的條形臂322通過所述絕緣基底310支撐並分別與正極330及負極340機械及電性連接，其他條形臂322均懸空設置。
請參閱圖11，本發明第五實施例提供一種熱發射電子器件400，其與上述第四實施例的熱發射電子器件300具有基本相同的結構，其區別僅在於，該多對條形臂422首尾相連形成一齒形結構，從而使該圖案化奈米碳管膜結構420在兩個相對的方向上具有複數個突出的懸空設置的尖端424，從而可以向相反的兩個方向發出脈衝熱電流。該多對條形臂422中位於兩端的條形臂422通過所述絕緣基底410支撐並分別與正極330及負極340機械及電性連接，其他條形臂422均懸空設置。另外，在該圖案化奈米碳管膜結構420兩個相對的尖端之間具有一條帶狀通孔426，該條帶狀通孔426沿一個尖端向相對的另一個尖端424延伸，並與該兩個尖端 424分別間隔設置，通過該條帶狀通孔426使該圖案化奈米碳管膜結構420在該尖端424處具有最小的寬度，從而具有最大的電阻。
請參閱圖12及圖13，本發明實施例提供一種熱發射電子器件的製備方法，其包括以下步驟：步驟S1，提供一奈米碳管膜結構10及一絕緣基底20，該絕緣基底具有一表面22，該表面22具有至少一帶狀凹部26；步驟S2，將該奈米碳管膜結構10覆蓋於該絕緣基底20的表面22，並使部分該奈米碳管膜結構10覆蓋於所述帶狀凹部26，並在該帶狀凹部26處懸空設置；步驟S3，雷射刻蝕該奈米碳管膜結構10的懸空設置的部分，在該奈米碳管膜結構10上形成一第一鏤空圖案14，並形成與該第一鏤空圖案14對應的圖案化奈米碳管膜結構30，該圖案化奈米碳管膜結構30包括兩個條形臂32，該兩個條形臂32在端部連接形成一尖端34，該尖端34在該帶狀凹部26處懸空設置；以及步驟S4，將該兩個條形臂32分別與正極及負極電連接。
在該步驟S1中，該奈米碳管膜結構10可通過以下步驟製備：S11，提供複數個奈米碳管膜。
所述奈米碳管膜從一奈米碳管陣列拉取獲得。該奈米碳管膜中包括複數個首尾相連且定向排列的奈米碳管。所述奈米碳管膜的製備方法請參見范守善等人於2007年2月9日申請的，於2010年5月26公告的第CN101239712B號中國大陸公告專利申請“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業( 深圳)有限公司)。
S12，將該複數個奈米碳管膜沿不同方向層疊覆蓋一框架。
具體地，可以先將一奈米碳管膜沿一個方向覆蓋至該框架上，再將另一奈米碳管膜沿另一方向覆蓋至先前的奈米碳管膜表面，如此反復多次，在該框架上層疊鋪設複數個奈米碳管膜。該複數個奈米碳管膜可沿各自不同的方向鋪設，也可僅沿兩個交叉的方向鋪設。該奈米碳管膜結構也為一自支撐結構。該奈米碳管膜結構的邊緣通過該框架固定，中部懸空設置。在本實施例中，該框架的為邊長為72毫米的正方形框架，層疊鋪設至該框架的奈米碳管膜的數量為50層。
S13，採用有機溶劑處理框架上的奈米碳管膜，以形成一奈米碳管膜結構10。
通過該有機溶劑浸潤該奈米碳管膜並使該有機溶劑揮發的過程可以使複數個奈米碳管膜之間緊密結合，形成穩定的奈米碳管膜結構。該有機溶劑為常溫下易揮發的有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合，本實施例中的有機溶劑採用乙醇。該有機溶劑與該奈米碳管具有較好的潤濕性。具體可以將有機溶劑滴落在形成在所述框架上的複數個奈米碳管膜表面浸潤整個奈米碳管膜，或者，也可將上述框架連同奈米碳管膜浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。由於該奈米碳管膜具有較大的比表面積，因此該奈米碳管膜具有較大黏性，當通過有機溶劑處理後，多層奈米碳管膜可以相互通過凡得瓦力緊密結合形成一穩定的奈米碳管膜結構10。
在該步驟S1中，該絕緣基底20可通過刻蝕或雷射切割的方法在所述表面形成所述複數個帶狀凹部26。本實施例中，該帶狀凹部26為通過反應離子刻蝕(RIE)方法形成的條帶狀矩形的通孔結構。另外，為製備所述熱發射陣列，並大規模批量製備該熱發射電子器件，本實施例在該絕緣基底20表面形成複數個相互平行並間隔設置的帶狀凹部26。
在該步驟S2中，將該奈米碳管膜結構10覆蓋於該絕緣基底20後，可進一步通過與所述步驟S13相似的方法通過有機溶劑處理該奈米碳管膜結構10，該有機溶劑浸潤該奈米碳管膜結構10並揮發後，可以使該奈米碳管膜結構10較為緊密的黏附於該絕緣基底20表面22，從而與該絕緣基底20固定。
在所述步驟S3中，該雷射刻蝕的步驟為通過雷射束聚焦照射奈米碳管膜結構10表面，從而燒蝕被照射的奈米碳管膜結構10。在雷射光束掃描時，由於當該奈米碳管膜結構10被雷射照射後溫度升高，空氣中的氧氣會氧化雷射照射到的奈米碳管，使奈米碳管蒸發，從而使被雷射照射的奈米碳管燒毀。所用的雷射光束的功率可以為2瓦~50瓦，雷射掃描速度可以為0.1毫米/秒~10000毫米/秒，所述雷射光束的寬度可以為1微米~400微米。本實施例中，該雷射光束通過YAG雷射器發射，波長為1.06微米，功率為3.6瓦，雷射掃描速度為100毫米/秒。請參閱圖5，由於雷射燒蝕的作用，被雷射掃過的奈米碳管膜結構10的邊緣呈刃狀的厚度變化，越靠近邊緣厚度約小，從而使得到的圖案化奈米碳管膜結構30的兩個條形臂32及尖端34都具有刃狀的厚度變化。請參閱圖8，在該圖案化奈米碳管膜結構30最外側的奈米碳管由於被雷射燒蝕而 具有開口結構，該尖端34處具有開口結構的奈米碳管具有更好的電子發射性能。
另外，請參閱圖7，通過雷射刻蝕形成該尖端34在微觀上可能具有較為平整的頂端，為利於熱發射，該步驟S3可進一步包括一使該尖端34中的奈米碳管露頭的步驟。具體地，可採用一工具抓取該尖端34的一部分奈米碳管並向外移動該工具。該工具可以是具有黏性的工具，如膠帶或膠棒，另外也可以是鑷子。該具有黏性的工具可以通過接觸該尖端34黏結部分奈米碳管，在移動的過程中將該奈米碳管向尖端外帶出，從而使該尖端34中的奈米碳管向外露頭，突出於該尖端34。該複數個露頭的奈米碳管可從該尖端34向外呈發散狀延伸，該複數個奈米碳管之間相互間隔，從而使該尖端34在微觀上具有複數個間隔的微尖端。
另外，當需要一次批量製備複數個熱發射電子器件，或形成如第三實施例所述的一熱發射電子器件陣列300時，該第一鏤空圖案14可定義出複數個圖案化奈米碳管膜結構30，該複數個圖案化奈米碳管膜結構30以陣列方式排列，突出並懸空設置於該絕緣基底20的複數個帶狀凹部26。
進一步地，當用於熱電子發射源時，為使該圖案化奈米碳管膜結構30在尖端34處能更好的被加熱，該步驟S3可進一步包括雷射刻蝕該圖案化奈米碳管膜結構30，以形成一凹槽，該凹槽的深度方向平行於該絕緣基底20的所述表面22，並從遠離該尖端34的方向向該尖端34延伸。
進一步地，該熱發射電子器件的製備方法可進一步包括一步驟S4：對應所述兩個條形臂32，圖案化處理該奈米碳管膜結構10覆蓋 於該絕緣基底20的表面22的部分，形成兩個連接部36，該兩個連接部36分別與所述兩個條形臂32相連接。可以理解，將該奈米碳管膜結構10覆蓋於該絕緣基底20的表面22後，可使該奈米碳管膜結構10具有兩部分：與該絕緣基底20的表面22貼合的貼合部分以及不與該絕緣基底20的表面22貼合的懸空部分。由於在通過雷射刻蝕該奈米碳管膜結構10時，優選使被刻蝕的奈米碳管膜結構10處於懸空狀態，從而使刻蝕較為完全徹底，因此，為容易地圖案化所述奈米碳管膜結構10覆蓋於該絕緣基底20的表面22的部分，將需要去除的所述貼合部分的奈米碳管膜結構10去除，以形成所述兩個連接部36，該步驟S4可通過幾種不同的方式實現。
請參閱圖14，一種方法(1)是在步驟S2的將奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20之前預先雷射刻蝕該奈米碳管膜結構10將要覆蓋於該絕緣基底20的表面22的部分，形成一第二鏤空圖案16，從而在該奈米碳管膜結構10上直接定義出該兩個連接部36，該兩個連接部36與步驟S3中需要形成兩個條形臂32的位置對應，從而使最終得到的該兩個條形臂32與該兩個連接部36保持連接。在該方法(1)中，該預先雷射刻蝕的步驟可以直接在懸空設置在所述框架的奈米碳管膜結構10上進行。在將所述奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20，並完成所述步驟S3後，該第一鏤空圖案14與第二鏤空圖案16共同定義所述具有連接部36的圖案化奈米碳管膜結構30，而該奈米碳管膜結構10的其他區域與該圖案化奈米碳管膜結構30通過所述第一鏤空圖案14和第二鏤空圖案16分離，從而可以通過簡單的方法，如從所述絕緣基底20表面揭去的方法去除。
請參閱圖15，另一種方法(2)是在步驟S2的將奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20之前預先在該絕緣基底20的所述表面22形成一連接部刻蝕槽體圖案28，並在將奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20之後刻蝕該連接部刻蝕槽體圖案28上的奈米碳管膜結構10。該連接部刻蝕槽體圖案28可以為寬度較窄的V形溝槽，該連接部刻蝕槽體圖案28勾勒出所述兩個連接部36的輪廓邊緣，並延伸至該帶狀凹部26，該奈米碳管膜結構10覆蓋該連接部刻蝕槽體圖案28的部分懸空設置，從而利於雷射刻蝕。通過對該連接部刻蝕槽體圖案28處懸空設置的奈米碳管膜結構10的刻蝕，並通過步驟S3形成所述第一鏤空圖案14，可將具有兩個連接部36的圖案化奈米碳管膜結構30與該奈米碳管膜結構10的其他部分完全分離，從而可通過與所述方法(1)相似的方法將其他覆蓋於該絕緣基底20表面22的奈米碳管膜結構10去除。
請參閱圖16，另一種方法(3)是通過將預刻蝕奈米碳管膜結構10與圖案化所述絕緣基底20的方法結合，具體包括以下步驟：S41，將所述奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20之前預先雷射刻蝕該奈米碳管膜結構10，從而在該奈米碳管膜結構10表面形成一第三鏤空圖案18；S42，對應該奈米碳管膜結構10的第三鏤空圖案18，在該絕緣基底20的所述表面22形成一輔助刻蝕槽體圖案24，該輔助刻蝕槽體圖案24與該第三鏤空圖案18及該帶狀凹部26相連，定義出兩個連接部36，並將該奈米碳管膜結構10在所述絕緣基底20表面22需要去除的區域與所述具有兩個連接部36的圖案化奈米碳管膜結構30完全分隔； S43，將所述奈米碳管膜結構10覆蓋於所述絕緣基底20之後刻蝕該輔助刻蝕槽體圖案24上的奈米碳管膜結構10；以及S44，去除該奈米碳管膜結構10在所述絕緣基底20表面22需要去除的區域，以形成具有所述連接部36的該圖案化奈米碳管膜結構30。
所述奈米碳管膜結構10表面的第三鏤空圖案18與方法(1)的第二鏤空圖案16的形成方法相同。所述輔助刻蝕槽體圖案24與方法(2)的連接部刻蝕槽體圖案28具有相似的結構。本實施例中，該輔助刻蝕槽體圖案24為複數個線狀槽，該複數個線狀槽與該複數個帶狀凹部平行且間隔設置，每個帶狀凹部的一側均具有一線狀槽。另外，本實施例中，該第三鏤空圖案18為多組條帶狀鏤空區域，每組條帶狀鏤空區域包括三個鏤空條帶。該鏤空條帶相互間隔且平行設置，該鏤空條帶的長度方向與該線狀槽垂直，並且該鏤空條帶的兩端的位置分別與該線狀槽及帶狀凹部的位置相交或接觸，從而定義出所述連接部36的區域，並將該連接部與該奈米碳管膜結構10的其他區域分離。
請參閱圖17，該具有輔助刻蝕槽體圖案24的絕緣基底20的形成方法可以包括以下步驟：提供一矽基底50；在該矽基底的表面沉積一氮化矽層52；通過光刻法圖案化該氮化矽層52，將需要刻蝕去除的矽基底50表面暴露出該氮化矽層52；通過反應溶液，如氫氧化鉀溶液，處理該覆蓋有圖案化氮化矽層52的矽基底50，從而使暴露出的矽基底50被刻蝕，形成該輔助刻蝕槽體圖案24；以及在該矽基底50表面通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法形成一氧化矽膜54，本實施例中，該氧化矽膜54的厚度為1微米，該 輔助刻蝕槽體圖案24為V形線狀槽。當將奈米碳管膜結構10覆蓋於該輔助刻蝕槽體圖案24表面時，該奈米碳管膜結構10在該輔助刻蝕槽體圖案24上方懸空設置，從而可以通過雷射刻蝕的方法去除。
進一步地，為便於使奈米碳管膜結構10在該絕緣基底20的表面22定位，該熱發射電子器件的製備方法可進一步包括一步驟S5：在該絕緣基底20表面22形成複數個定位線40。該奈米碳管膜結構10在鋪設至該絕緣基底20時可通過該定位線40尋找所述帶狀凹部26的位置，以便將該奈米碳管膜結構10上的第二鏤空圖案16或第三鏤空圖案18設置在該絕緣基底20表面22的對應位置。該複數個定位線40可垂直於該帶狀凹部26的長度方向。當需要形成一熱發射電子器件陣列時，可在與每個帶狀凹部26相鄰的絕緣基底20的表面22沿該帶狀凹部26的長度方向形成複數個垂直於該帶狀凹部26的定位線40。本實施例中，該複數個定位線40等間隔設置。
進一步地，該熱發射電子器件的製備方法可進一步包括一步驟S6：切割該絕緣基底20，從而分離該複數個圖案化奈米碳管膜結構30，形成複數個熱發射電子器件。本實施例中，該熱發射電子器件陣列的絕緣基底20的尺寸為25毫米×26.8毫米，切割後單個熱發射電子器件的絕緣基底20的尺寸為3毫米×4毫米。
可以理解，上述第一實施例至第五實施例中的熱發射電子器件及其陣列均可通過上述方法製備。其中，在形成第四及第五實施例中的圖案化奈米碳管膜結構時，可通過將該奈米碳管膜結構覆蓋在寬度較寬的帶狀凹部，並直接雷射刻蝕該懸空設置的奈米碳管膜結構得到。
請參閱圖18，為測試該熱發射電子器件的焦耳熱性能，將該熱發射電子器件的兩個連接部與直流電源的兩個電極相連並在真空中通電。具體地，在所述步驟S44中，可保留部分奈米碳管膜結構10，使該複數個圖案化奈米碳管膜結構30通過該奈米碳管膜結構10電性連接。具體地，在相同帶狀凹部26上懸空設置的複數個圖案化奈米碳管膜結構30之間相互串聯，在不同帶狀凹部26上懸空設置的複數個圖案化奈米碳管膜結構30之間相互並聯。請參閱圖19，將該複數個圖案化奈米碳管膜結構30連接至直流電源時，該複數個尖端34可被點亮發光。請參閱圖20及圖21，該熱發射電子器件在通過直流電導通後被加熱，該加熱溫度與通電的電壓與功率呈線性關係。該該熱發射電子器件可在13.5V電壓及0.586mW功率下被加熱至1860K。
以第一實施例為例，測試該熱發射電子器件的脈衝熱發射性能。測試時正對該熱發射電子器件100的圖案化奈米碳管膜結構120的尖端124間隔設置一陽極及一光電二極體，該熱發射電子器件100、該陽極及一光電二極體均設置在真空中。該陽極與一電流錶相連，可以讀取從該尖端124發出並通過真空轟擊該陽極的脈衝電流，該光電二極體用於測試該熱發射電子器件100在發射脈衝熱電流時對應的發光亮度。測試時使用的脈衝電壓為14V，頻率為20Hz的脈衝電壓，在前1/2波長中電壓為14V，在後1/2波長中電壓為0V。請參閱圖22，圖22最上部為脈衝電壓的波形圖；中部為對應該脈衝電壓，經光電二極體測試得到的電壓-時間曲線；下部為對應該脈衝電壓，該電流錶讀取的電流-時間曲線。從圖22中可以看到，該熱發射電子器件的熱發射電流、發光亮度及脈衝電壓之間具有很好的對應關係，對應該脈衝電壓的交替變化，該 熱發射電流及發光亮度也隨之交替變化，且該變化的回應速度較快。在該脈衝電壓從14V變為0V時，即該圖案化奈米碳管膜結構120降溫時，該熱發射電流及發光的回應速度均可小於1毫秒，而在將脈衝電壓從0V變為14V時，即該圖案化奈米碳管膜結構120升溫時，該熱發射電流及發光的回應速度均可小於10毫秒，從而使該熱發射電子器件具有較快的電壓回應速度，能夠發出一脈衝熱電流。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧熱發射電子器件
110‧‧‧絕緣基底
112‧‧‧表面
114‧‧‧邊緣
120‧‧‧圖案化奈米碳管膜結構
122‧‧‧條形臂
124‧‧‧尖端
126‧‧‧連接部
130‧‧‧正極
140‧‧‧負極
150‧‧‧脈衝電源

Claims (20)

  1. 一種熱發射電子器件，其改進在於，包括：一絕緣基底，該絕緣基底具有一表面，該表面具有一邊緣；一圖案化奈米碳管膜結構，該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，該圖案化奈米碳管膜結構包括兩個條形臂，該兩個條形臂在端部相連以形成一尖端，該尖端突出該絕緣基底所述表面的邊緣並懸空設置，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該絕緣基底所述表面的奈米碳管；一正極；以及一負極，該圖案化奈米碳管膜結構串連於該正極與該負極之間，該正極及該負極用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
  2. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該熱發射電子器件的開啟電壓為8V至20V。
  3. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂之間呈一小於180度的夾角α，該夾角α為15度至120度。
  4. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個相互層疊設置的奈米碳管膜，每個奈米碳管膜包括複數個基本沿相同方向排列的奈米碳管，該複數個奈米碳管膜沿相同方向排列的奈米碳管之間具有一夾角β，0<β≦90度。
  5. 如請求項第4項所述的熱發射電子器件，其中，在該複數個相互層疊設置的奈米碳管膜中，至少一奈米碳管膜中的奈米碳管沿從該絕緣基底的邊 緣到該尖端的方向延伸。
  6. 如請求項第4項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂沿一軸線對稱，該軸線通過所述尖端，在該複數個相互層疊設置的奈米碳管膜中，所述沿相同方向排列的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連地沿所述軸線的方向延伸。
  7. 如請求項第4項所述的熱發射電子器件，其中，該相互層疊設置的奈米碳管膜的層數為4層至40層。
  8. 如請求項第4項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構的厚度為10奈米至40奈米。
  9. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂在該尖端處具有最小的寬度。
  10. 如請求項第9項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂在該尖端處的寬度為10微米至300微米。
  11. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構進一步包括兩個連接部，該兩個連接部分別與所述兩個條形臂相連接，該兩個連接部設置於該絕緣基底的所述表面，該兩個條形臂整體突出於該絕緣基底所述表面的邊緣並自支撐的懸空設置，該正極及負極分別與該兩個連接部機械及電性連接。
  12. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂分別包括一第一端及一第二端，該兩個條形臂的寬度從第二端到第一端逐漸減小，該兩個條形臂在第一端相連。
  13. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構進一步定義一凹槽，該凹槽的深度方向平行於該絕緣基底的所述表面，並從遠離該尖端的方向向該尖端延伸，該兩個條形臂沿一軸線對稱，該凹槽的深度方向為該軸線方向。
  14. 如請求項第1項所述的熱發射電子器件，其中，該兩個條形臂具有刃狀厚度變化，該兩個條形臂邊緣的厚度小於中部的厚度。
  15. 一種熱發射電子器件，其改進在於，包括：一絕緣基底，該絕緣基底具有一表面及複數個相互間隔設置的凹部，該表面具有複數個邊緣，每個所述邊緣為每個凹部的一條邊；複數個相互間隔的圖案化奈米碳管膜結構，每個該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，每個該圖案化奈米碳管膜結構包括兩個條形臂，該兩個條形臂在端部相連以形成一尖端，該複數個凹部與該複數個圖案化奈米碳管膜結構的位置一一對應，使每個該圖案化奈米碳管膜結構的所述尖端突出該對應凹部的該條邊，在該對應凹部處懸空設置，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該絕緣基底所述表面的奈米碳管；複數個正極引線，每個該正極引線與複數個該圖案化奈米碳管膜結構的一個連接部機械並電性連接；以及複數個負極引線，每個該負極引線與複數個該圖案化奈米碳管膜結構的另一個連接部機械並電性連接，使每個該圖案化奈米碳管膜結構串連於一正極引線與一負極引線之間，該正極引線及該負極引線用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
  16. 如請求項第15項所述的熱發射電子器件，其中，該複數個圖案化奈米碳管膜結構及對應的複數個凹部按行及列排列，該每一正極引線對應一列圖案化奈米碳管膜結構，並與該列中的圖案化奈米碳管膜結構的一個連接部機械並電性連接，每一負極引線對應一行圖案化奈米碳管膜結構，並與該行中的圖案化奈米碳管膜結構的另一個連接部機械並電性連接。
  17. 如請求項第16項所述的熱發射電子器件，其中，該複數個正極引線相互 平行，該複數個負極引線相互並行，該正極引線與負極引線相互交叉設置，該每兩個相鄰的正極極引線與每兩個相鄰的負極極引線形成一個網格，每個圖案化奈米碳管膜結構對應一個網格設置。
  18. 一種熱發射電子器件，其改進在於，包括：一絕緣基底，該絕緣基底具有一表面；一圖案化奈米碳管膜結構，該圖案化奈米碳管膜結構部分設置於該絕緣基底的所述表面，該圖案化奈米碳管膜結構在兩個相對的方向上具有複數個懸空設置的尖端，該圖案化奈米碳管膜結構包括複數個基本平行於該絕緣基底所述表面的奈米碳管；一正極；以及一負極，該圖案化奈米碳管膜結構串連於該正極與該負極之間，該正極及該負極用於向該圖案化奈米碳管膜結構施加一脈衝電壓，使該圖案化奈米碳管膜結構對應該脈衝電壓加熱和冷卻，從而從該尖端發出脈衝熱電子流。
  19. 如請求項第18項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構包括多對條形臂以及由該多對條形臂形成的複數個尖端，該多對條形臂首尾相連形成一折線結構並懸空設置。
  20. 如請求項第18項所述的熱發射電子器件，其中，該圖案化奈米碳管膜結構包括多對條形臂以及由該多對條形臂形成的複數個尖端，該多對條形臂首尾相連形成一齒形結構並懸空設置。
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