本文研究了利用表面傳導技術的場發射顯示器件，提出了一種新型的表面傳導發射三極結構，采用復合式材料作為陰極發射體，提高了發射均勻性，并對其制備工藝與發射性能進行了討論。制作過程中采用絲網印刷工藝，降低了成本。測試結果顯示，柵極開啟電壓為150V 左右，此時陽極電流達到0.1mA。該結構制作工藝簡單、成本較低、性能優良，有著廣闊的應用前景。

1、引言

　　場發射電極理論最早是在1928 年由R.H.Fowler 與L.W.Nordheim 共同提出，不過真正以半導體制程技術研發出場發射電極元件，開啟運用場發射電子作為顯示器技術，則是在1968 年由C.A.Spindt 提出。作為新型的平板顯示器件，從場致發射顯示器(FED)的工作原理來看，它依靠真空中場致發射的電子轟擊陽極面板上的熒光粉而發光，與CRT 在顯示原理幾乎完全一致，因而FED 既具有CRT 在亮度、響應速度、視角等方面的優良特性，又具備了平板顯示器件在體積、功耗以及工作電壓等方面的優勢,有著及其廣闊的應用前景。 自1991 年法國LETI CHENG 公司在第四屆國際真空微電子會議上展出一款運用場發射技術制成的顯示器成品之后，各國研究人員紛紛投入對場致發射顯示器件的研究開發。

　　雖然FED具備了多方面的優勢，但在眾多的場致發射陰極方案中，僅Spindt鉬錐微尖陣列得到實用，要想使FED 進軍大屏幕顯示領域，無論在技術上還是在成本上均很難控制。

　　而表面傳導電子發射顯示器SED(Surface-conduction Electron-emitter Display)的出現則為FED 用于大屏幕顯示提供了可能。在制備工藝上，SED 通常與傳統的絲網印刷工藝相結合，既降低了制備成本，又能夠達到大面積顯示的要求。日本東芝與佳能公司是在SED 方面研究比較深入的機構，并于05 年推出了SED 電視的樣機，在當時引起了很大的轟動。但由于制備工藝專利授權等方面的問題，使得SED 未能在市場出現。

　　發射體材料以及發射結構是SED 中最為核心的部分，上文中提到的Spindt 鉬錐微尖陣列由于其工藝難度高以及成本投資較高，很難滿足大屏幕顯示的需要；而碳納米管（CNTs）自從被日本科學家Iijima 發現以來，被認為是SED 中優良的發射體。但在使用碳納米管作為發射體時，對器件內部的真空度要求非常高，在高溫環境下殘留的氧會對發射尖端氧化；而在封接過程中，較高的溫度會使陰極表面的納米碳管丟失，在封接好的顯示器件中碳管的分布不均勻，從而在很大程度上影響到器件發射的均勻性與穩定性。相對于碳納米管來說，氧化鋅(ZnO)納米結構具有生長簡單，結構均勻，抗氧化等優點，因此氧化鋅納米結構的場發射性能也逐漸受到研究人員的重視。而在發射結構方面，目前大多采用三極發射結構替代傳統的二極結構，通過在柵極施加電壓來控制電子的發射，這在很大程度上改善了發射性能并提高了器件的工作壽命。

　　利用碳納米管和氧化鋅復合式材料作為陰極發射體是近年來研究的一個新方向，該復合陰極材料將碳納米管大的電子傳導特性和氧化鋅晶體結構的均一取向性結合，大大改善了陰極的性能。本文采用了自制的氧化鋅與碳納米管的混合材料作為陰極發射體，提出了一種新型的表面傳導電子發射結構，并結合了絲網印刷工藝，降低了制作成本，實現了器件的封裝，得到了穩定、均勻的電子發射以及較為可觀的發光效果。隨著研究的不斷深入，SED在今后的平板顯示市場中將會有更大的發展空間。

2、SED基本原理及結構

　　SED的基本原理即為場致發射，但與一般的場致發射也是有一定的區別的，它主要依靠在陽極上施加一高電壓（一般在幾千伏），在真空環境下將由陰極板產生的表面傳導電流拉向陽極，轟擊在陽極板上熒光粉而發光。在實驗中我們對柵極施加一電壓，而陰極接地，這樣柵極與陰極間便產生一電勢差，在這一電勢差的影響下，發射體薄膜層中就會有傳導電流產生，最后在陽極電壓的作用下，傳導電流中的部分電子被提取來轟擊熒光粉，從而達到發光的目的。若在柵極通過外部電路施加掃描電壓，便可實現陣列顯示與灰度控制，也就是實現了SED 在顯示中應用。下圖是我們目前所采用的SED 結構示意圖：

　　SED 的制備主要包括陽極板的制備、陰極板的制備以及后續的封裝排氣。其中陽極板(Anode)的制備較為簡單，我們采用ITO 玻璃作為陽極基板，利用絲網印刷工藝在ITO 膜上印制熒光粉層并引出銀電極，經烘干箱高溫烘干即可。而對于陰極板的制備，我們在充分考慮成本與性能的基礎上，也采用了絲網印刷工藝進行制備。首先在玻璃基板上印制銀電極作為陰極(cathode)，并在其上利用絲網印刷工藝涂覆帶有微孔的介質層(dielectric layer)。

　　經加熱煅燒，使陰極和介質層牢固地附著于后玻璃基板上。之后，在介質層上印制柵極(gate)，同時在介質層微孔中填入銀漿將陰極引出，使柵極與陰極處于同一平面，從而構成表面傳導結構，圖中陰極與柵極在空間上是相互垂直的。最后在陰極與柵極上印上發射體(emitter)即可。利用絲網印刷工藝方法簡單，成本較低，但在印刷過程中絲網的對準必須掌握的十分精確，稍有偏差便會引起陰極與柵極之間的短路。