后栅结构SnO2场致发射显示器件的研制

　　采用高温气相法生长SnO2纳米线,扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明所生长的SnO2纳米线大小均匀,直径约为150 nm,长可达10μm。结合丝网印刷法转移SnO2,制备成阴极阵列。封接阴极板与荧光屏成后栅型场致发射显示(FED)器件,测试其场致发射性能,分析讨论栅极电压和阳极电压对场发射性能的影响。实验表明后栅型SnO2-FED具有良好的栅极调控作用,在1600 V阳极电压和200 V栅极电压下工作实现全屏发光,平均发光亮度为560 cd/m2,具有潜在的应用前景。

　　场致发射显示器( FED) 是一种真空电子器件,其工作原理与阴极射线管( CRT) 相同, 都是通过阴极发射电子轰击荧光粉产生图像。FED 发展的核心就是寻找合适的阴极阵列材料。碳纳米管( CNT) 以其开启电场低, 电流大等特点而引起了研究者的关注。虽然CNT 的发射电流大, 但是其发射的电子能量小, 容易产生热效应。而且在低气压条件下,CNT 容易被氧化。近年来, 一维半导体氧化物由于其良好的化学稳定性能而备受关注 。二氧化锡(Tin dioxide, SnO2) 是一种重要的n 型宽禁带( 300K, E g= 3.6 eV) 半导体材料, 具有良好的电学特性和化学稳定性, 广泛应用于气敏传感器、太阳能电池、发光器件和FED 。Ma 等 报道了SnO2 纳米针二级场发射开启电场为3.3 V/ m; Luo 等 报道了SnO2 纳米花的开启电场为3 V/ m; Li 等报道了SnO2 纳米棒开启电场为1.6 V/ m; 研究表明, SnO2具有较低的开启电场, 是一种理想的场致发射材料,可以作为FED 的阴极材料。

　　根据FED 结构的不同, 可将其简单分为二级型FED 和三级型FED。二级FED 制作工艺简单, 但是驱动电压高, 灰度等级差和均匀性差一直是其普遍存在的问题 , 三级FED 一直是各个研究机构的研究重点。根据栅极位置的不同, 三级型FED可分为前栅型FED, 后栅型FED 和平行栅型FED。前栅型FED 具有调制电压低, 电子束流汇聚性能好等特点, 但是其复杂而严格的制作工艺, 不易实现大面积显示, 在一定程度上限制了其发展。此外, 前栅型阴极发射对介质层厚度, 阳极电压和栅极开口等参数非常敏感, 器件的均匀性难以得到保证。2001 年Samsung 公司提出后栅型结构的FED , 其制作工艺较前栅结构简单。该结构将栅极埋在阴极下, 阴极发射材料的转移、生长成为最后的步骤, 容易实现阴极材料的转移或生长, 且阴极材料不容易在制作过程中被污染。

3 、结论

　　本文采用气相沉积法生长SnO2 纳米线, 通过丝网印刷将其成功转移到阴极电极, 封接成后栅型SnO2-FED。场致发射测试表明后栅结构的SnO2-FED, 具有良好的栅极调控性能, 发射电流密度大,发光效率高。实验结果表明后栅型SnO2-FED 制备工艺简单, 具有良好的场发射性能, 是一种有前途的FED, 但其均匀性还有待进一步研究。