新型前栅场发射器件的研究

　　采用刻蚀型介质制作前栅场发射器件。该器件中阴栅结构的形成是利用刻蚀工艺刻蚀介质层,一次性实现栅孔和阴极电极的连通,最后利用电泳沉积工艺转移碳纳米管制备成阴极发射点阵。该工艺避免了对准或套印,使前栅场发射器件制作工艺更简单,降低了成本,更容易实现大面积制作。场发射测试表明当阳压在1500和2000 V时,栅压都能够有效地控制阴极的电子发射。

　　A novel type of the normal-gate field emission display(FED) device with the etched dielectric layer and carbon nanotubes was fabricated.First,the cathode-gate structure,where the gate-hole and the cathode are connected,was made by etching the dielectric layer.Next,the device-grade,carbon nanotubes(CNTs) were installed into the holes by electrophoretic deposition to form the field emission dat-matrix.Finally,the prototyped FED device was packed and tested.The preliminary results show that the gate electrode is capable of precisely controlling the emission at voltages of 1500 V and 2000 V.The advantages of the newly-developed techniques over the conventional ones include simple procedure,low cost,no technical limitations in misalignment and overprinting.

　　场发射显示器( Field Emission Display, FED) 是一种绿色节能显示器, 是最有前途的平板显示器之一。FED 按结构可简单的分为二极型FED 和三极型FED。按栅极位置的不同, 三极型FED 又分为前栅型( norma-l gate) FED、后栅型( under-gate) FED 和平行栅型( planer-gate)FED。

　　二极型FED 具有工艺简单、成本低等优点, 但存在器件发光亮度与驱动电压之间的矛盾, 为解决这一问题主要采用三极结构, 使器件工作在较低的驱动电压和较高的阳极电压下。但后栅型FED 存在电子束散焦, 栅控特性差的问题 ; 平行栅型FED 矩阵寻址困难, 图像显示质量差, 而且像素面积较大, 难以实现高分辨率显示 。前栅结构被认为是最有效的调制结构之一, 传统工艺采用微细加工技术来制作Spindt 型场发射阵列( Field EmissionArray, FEA) 结构, 目前也用常规丝网印刷工艺制作三极CNT-FEA。但Spindt 型微尖锥阵列对设备要求较高, 成本高, 而且较难实现大面积的均匀性和一致性, 因此难以在大面积平板显示上推广应用;而采用丝网印刷制作栅孔比较简单, 成本低, 但是存在印刷时对准和套印困难, 印刷精度受限, 均匀性和一致性差的问题。本文利用刻蚀型介质制作前栅场发射器件, 避免了对准或套印, 可以一次性实现栅孔和阴极电极的连通, 使栅孔制作工艺更简单, 大大降低了成本, 而且制作出的栅孔边缘整齐, 直径尺寸可控性好。不仅可制作出较精细、一致性好的栅孔结构, 还可大面积制作, 具有应用价值。

　　利用刻蚀型介质制作了前栅型FED 器件, 并对栅孔和CNT 阴极表面形貌进行表征, 同时测试了器件的场发射性能。结果表明该工艺可以一次性制作出边缘较整齐, 大小较均匀的栅孔; 器件性能测试表明, 该器件的栅控效果良好, 在合适的固定阳极电压下, 通过栅极可以有效地控制场发射电流。采用刻蚀型介质制作前栅型FED 减小了器件的制作难度,工艺更加简单, 也更容易实现大面积制作, 是一种具有实用价值的制作方法。