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《碳纳米管场发射冷阴极的低温制备及场发射性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第27卷第8期半导体学报Vol.27No.82006年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,20063碳纳米管场发射冷阴极的低温制备及场发射性能•秦玉香胡明李海燕张之圣邹强(天津大学电子信息工程学院,天津300072)摘要:利用纳米银的低温熔接性和良好导电性,研究了以纳米银取代传统的有机粘结剂和导电银浆制备CNTs场发射冷阴极的新工艺.将CNTs、纳米银、粘性松油醇和有机溶剂混合研磨后涂敷在镀Cu玻璃基片上,250℃烧结30min后,纳米银颗粒之间互相熔接,将周围的CNTs
2、粘结成为整体膜,形成了表面平整、导电性和场发射性能良好的CNTs阴极.测量了不同纳米银掺入量的CNTs阴极的场发射性能,结果表明:当CNTs∶Ag质量比率为1∶1时,CNTs阴极具有最好的场发射性能,阈值电场为419V/μm,当电场强度为517V/μm时,场发射电流密度为241mA/cm.纳米银比例过大,烧结后CNTs被熔接的银膜覆盖,高电压时场发射电流明显下降,而纳米银掺入量太少则会导致CNTs阴极的附着力和导电性变差.关键词:碳纳米管;纳米银;场发射特性;制备PACC:6148;7970中图分类号:O46
3、214文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0821417205由于粒径小于100nm的纳米银粉可以在低于[10]1引言200℃的温度下熔融,形成的银膜具有良好的导电性.本文以纳米银粉取代传统的有机粘结剂和导场发射显示器(FED)在平板显示领域具有广电银浆,低温制备了表面平整均匀的CNTs场发射[1]阔的市场和应用前景.过去多用金属(Mo,W阴极,并研究了其场发射性能.等)、Si、金刚石等材料作为场发射阴极,近年来,碳2实验纳米管(CNTs)的优良场发射特性引起人们极大的关注1由于具有很大的长
4、径比和极小的尖端曲率半2.1CNTs冷阴极的制作径,且化学稳定性好、机械强度高,使CNTs成为一[2,3]种特别理想的场发射电子源,其发射稳定性比采用热化学气相沉积法(CVD)制备的多壁碳[4]金属更好.用它作为阴极材料,不仅可以提高纳米管(MWNT)作为制备冷阴极的场发射材料,采FED的性能,而且可望大大降低显示器的制造成用体积比为1∶1的浓硫酸和硝酸的混合液纯化本.目前,碳纳米管场发射阴极的制作主要有直接生MWNT粗品,采用射频磁控溅射法在玻璃基片上[5,6][7,8]长法和移植法,前者虽然能获得利于场发
5、射溅射300nm厚的Cu膜作为阴极导电层,将镀Cu的定向CNTs薄膜阵列,但其工艺温度超过了玻璃玻璃基片先后在丙酮和无水乙醇中各超声清洗基板的软化温度,不适宜大面积CNTs薄膜的制备,10min,烘干备用.所以CNTs场发射冷阴极通常是通过添加有机粘结将纯化后的CNTs与纳米银粉(购自长城金银[7～9]剂、导电银浆或利用金属粉熔融的方法来制备.精炼厂,粒径5～60nm)按照质量比1∶3,1∶1,采用有机材料(例如环氧树脂)作为粘结剂具有电导2∶1分别与适量无水乙醇混合,再加入少量十二烷率低、易老化、可靠性差等
6、缺点,而且碳纳米管常常基硫酸钠(014g/L),超声预分散2h.分散后的悬浊被包埋影响发射效率;采用导电银浆或金属粉熔融液在红外干燥箱内烘烤至稠浆状,再与适量粘性松法制备CNTs阴极接触电阻较小,但却需要较高的油醇、少量丙酮、正庚烷和正丁醇混合研磨,使烧结温度(>500℃),易破坏CNTs,亦不利于器件CNTs分散均匀,形成具有一定粘度和流动性的的集成,此外,由于银等金属颗粒的粒径在数十微米CNTs浆料.利用松油醇的粘滞性,可控制浆料的流以上,影响冷阴极的表面均匀性,不利于像素点的控动性,以便于成膜;利用丙酮
7、、无水乙醇、正庚烷和正制.丁醇的挥发性不同,在烧结过程中,有机溶剂梯度挥3天津市自然科学基金资助项目(批准号:05YEJZJC00200)•通信作者.Email:qyxtj@126.com2005211203收到,2006203224定稿○c2006中国电子学会1418半导体学报第27卷发,可保证烧结成形后的CNTs冷阴极表面平整、不龟裂.最后,借助掩模,将CNTs浆料涂敷在洁净3结果与讨论的镀Cu玻璃基板上,在250℃下空气中烧结30min,使有机溶剂挥发,纳米银颗粒熔融粘结,从3.1纳米银的低温烧结而将C
8、NTs牢固粘结在基板上.用扫描电子显微镜(SEM,JEOLJSM26700F)和高分辨透射电子显微金属纳米微粒的热特征之一是其熔点随颗粒尺镜(HRTEM,TECNAIG2F20)对获得的CNTs阴寸的减小而显著降低.例如,银块体材料的熔点高达极以及烧结前后的纳米银进行表征.96015℃,而当颗粒尺寸降至5nm时,在低于100℃的温度下银微粒即开始熔融.利用纳米银作为导电2.2场发射性能测试材料和粘结
