一种离子注入提高碳纳米管薄膜电子场发射性能的方法

摘要

本发明涉及一种离子注入提高碳纳米管薄膜电子场发射的方法。特征在于通过对碳纳米管薄膜的衬底进行离子束处理，在衬底表面形成微米级的坑洞，经过后续处理，生长出具有微孔或微束特征的碳纳米管膜。通过增加碳纳米管膜中边缘比例和降低碳纳米管膜整体密度来提高场增强效果，从而改善碳纳米管薄膜的电子场发射性能。为形成碳纳米管孔洞，在离子注入后的硅片表面直接沉积催化金属层；为形成碳纳米管束，注入后在硅片表面沉积牺牲层，再然后进行退火，硅片表面形成凹坑，然后沉积催化金属层。化学腐蚀去掉牺牲层后，形成了分割的，彼此独立的小面积金属薄膜；碳纳米管膜的生长采用低频射频等离子体增强CVD方法。本方法与一般的微电子加工工艺相兼容，特别适合场发射平板显示器的单个像素点的电子场发射性能的改善。

主权项

1.一种离子注入提高纳米管薄膜电子场发射性能的方法，其特征在于利用离子注入技术和化学气相沉积工艺，控制注入离子的种类、能量和剂量以及碳纳米管生长所含的金属催化剂的分布，使碳纳米管薄膜分散成独立的碳纳米管束或形成纳米孔洞；所述的方法，分别为气体离子注入、金属催化剂的制备以及碳纳米管膜的生长三步：(1)注入离子时选择氢离子、氦离子或氩离子不与硅有化学作用的气体，注入方法或采用束线式离子注入，或采用等离子体淹没离子注入的方法，注入的离子能量30～180KeV，注入剂量1～10×1015cm-1；(2)选择过渡金属元素铁、镍，钴或它们的合金作为催化剂，采用物理气相沉积方法，制备2～10纳米的薄膜；(3)采用低密度射频等离子体增强CVD的方法生长碳纳米管，选择乙炔和氢气为源气体组合，射频电源偏压1000伏，输出电压250～400伏，基体负偏压直流100～150伏，等离子体密度小于0.1微安/平方厘米，生长时间5～30分钟。