碳纳米管场发射平板显示器件关键技术的研究

论文摘要

本文在国家973计划和上海市纳米专项的资助下，以碳纳米管场发射平板显示器件（CNT-FED）的实用化和产业化为目标，开展CNT-FED器件制备的关键技术研究。本论文中对涉及CNT-FED制备的全套工艺，包括碳纳米管阴极的制备、阴极场发射性能的改善、三极管器件结构的设计与实现以及器件的封装进行了全面研究，开发了一套基于低成本丝网印刷工艺的CNT-FED器件制备工艺，并最终获得了较好显示度的CNT-FED器件。本论文主要包含以下几部分内容： 一、设备研制 自行设计并建立了一台多功能超高真空系统。该系统集PECVD、等离子体表面处理、场发射测试、器件真空封接、高真空退火等功能于一体。目前能够在多种衬底上沉积碳纳米管、并进行阴极的等离子体表面处理，场发射性能测试等。 二、阴极发射性能的改善 从CNT的发射表面、CNT膜本身的电子传导性能以及CNT与衬底材料的接触性能这三个方面入手，研究改善印刷法制备的CNT阴极电子发射性能的方法。 （1） 采用等离子体表面处理的方法使印刷法制备的CNT阴极发射点密度有数量级提高并达到显示用要求。FESEM发现等离子体表面处理后CNT的表面出现了大量的瘤状的纳米颗粒，HRTEM确认了这种纳米级瘤状颗粒是球状富勒烯结构。本文认为这种类似于CNT发射尖端的富勒烯球与管壁的结合使CNT的发射模式从单尖端发射变为多尖端发射，宏观上导致了处理后CNT阴极电子发射点密度数量级的增加。 （2） 发现了印刷法制备的CNT膜的记忆发射效应。利用这种CNT膜的记忆发射特性，我们可以通过机械图形转移法很容易的获得清晰的图形化发射，不再需要阴极的图形化工艺和复杂的后处理工艺。本文认为表面图形转移的过程使表面具有发射能力的CNT和从衬底到表面的导电通道的数量大大增加，从而使图形

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电子显示器件综述
• 1.1.1 FPD的发展简况
• 1.1.2 常见的FPD
• 1.2 场发射平板显示器
• 1.2.1 场发射显示器原理
• 1.2.2 几种主要的场发射显示技术分析
• 1.3 场发射平板显示市场前景
• 1.4 我国FED器件研究的现状
• 1.5 本论文的工作
• 第二章 多功能超高真空系统的建立
• 2.1 多功能超高真空系统
• 2.1.1 系统结构
• 2.1.2 主要技术指标
• 2.2 等离子体表面处理子系统
• 2.3 场发射测试子系统
• 2.4 超高真空退火子系统
• 本章小结
• 第三章 印刷法制备碳纳米管阴极及其场发射性能的改善
• 3.1 引言
• 3.1.1 丝网印刷法制备图形化的CNT阴极
• 3.1.2 提高印刷法制备的CNT阴极电子发射性能的思路
• 3.2 等离子体表面处理提高CNT阴极电子发射性能
• 3.2.1 纳米瘤状颗粒的TEM表征
• 3.2.2 纳米瘤状颗粒的形成
• 3.2.3 等离子体表面处理改性机理
• 3.3 印刷法制备的CNT膜的记忆发射效应
• 3.3.1 CNT膜的记忆发射现象
• 3.3.2 记忆发射现象的机理研究
• 3.4 印刷法制备CNT膜与衬底接触性能的改善
• 3.4.1 CNT膜与金属电极接触电阻的测试方法
• 3.4.2 退火对CNT膜与衬底接触电阻的影响
• 3.4.3 改变接触电阻对场发射性能的影响
• 3.4.4 退火对CNT膜与衬底结合力的影响
• 本章小结
• 第四章 印刷法制备三极管器件结构
• 4.1 引言
• 4.2 三极管结构的实现方法
• 4.3 全印刷法制备三极管结构
• 4.4 全印刷法的三极管结构制备工艺改进
• 本章小结
• 第五章 CNT-FED原型器件的设计和实现
• 5.1 引言
• 5.2 器件制作的一般工艺
• 5.2.1 阴极制作
• 5.2.2 阳极制作
• 5.2.3 支撑结构
• 5.2.4 封装
• 5.2.5 真空度的维持
• 5.3 CNT-FED原型器件的设计与实现
• 5.3.1 三基色显示器件
• 5.3.2 三极管结构器件
• 5.3.3 动态显示的数码管
• 5.3.4 动态字符显示器件
• 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 攻读博士学位期间申请和授权的专利目录
• 致谢
• 个人简历
• 学位论文独创性和授权使用声明