專利名稱：毫微結構復合材料場致發(fā)射陰極的制造和激活方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對形成插入了含毫微結構材料的場致發(fā)射結構和器件的改良技術，以及提高其性能的處理。本發(fā)明也涉及相關的結構與器件。
背景技術：
以下描述各種構造和技術。但是，這里所描述的沒有什麼應說成是已有技術承認的。相反，申請人按照可適用法律規(guī)定，特意適當保留了對這里所述各項還未成為已有技術論證的權利。
采用術語″毫微(納)結構(nanostructure)″材料，是根據(jù)本領域熟悉的那些指明包括納(毫微)微粒的材料，諸如C60fullerenes、fullerene型同心石墨微粒、金屬、化合物半導體諸如CdSe、InP；毫微絲/毫微桿諸如Si、Ge、SiOx、GeOx，或由單一或多種元素如碳、BxNy、CxByNz、MOS2和WS2組成的毫微管。毫微結構材料共同特征之一是它們的基本結構單元。單一納(毫微)微?；蛱己廖⒐苤辽僖粋€方向的尺寸小于500納米。這些類型的材料已表明在許多應用和處理中具有某些意義加深的特性。
毫微結構，諸如碳毫微管，已知由于其獨特的幾何形狀、極高的機械強度和良好的化學及熱穩(wěn)定性，而成為電子領域優(yōu)異的發(fā)射極。試驗表明，對于電子發(fā)射(～1-2V/μm)，其閾場低并能在很高電流密度下進行發(fā)射。
但是，由于材料問題，諸如薄膜均勻性不良、碳毫微管與基片間的粘著性差和導電率不足，通過含碳毫微管大結構與器件，沒有獲得高穩(wěn)定的放射電流，限制了其實際利用。
在現(xiàn)有所有合成碳毫微管的技術中，激光燒蝕(laserablation)和弧光放電方法構成的碳毫微管，其結構完美性水平高，因而是其中電子場致發(fā)射特性最好的。但是，由其制成的材料為多孔薄膜型或粉末型的，不易插至場致發(fā)射器件中，諸如陰極不能不經進一步處理而直接用于器件上。盡管化學氣相淀積(CVD)方法可使碳毫微管直接生長在基片上，但它們要求很高的溫度(600-1000℃)和活性環(huán)境。此外，CVD生長的碳毫微管一般沒有同樣水平的完美結構，結果其發(fā)射特性不同于由激光燒蝕或弧光放電法制成的毫微管。為充分利用碳毫微管優(yōu)異的電子場致發(fā)射特性，尤其利用由激光燒蝕和弧光放電法制成的單壁碳毫微管，已發(fā)展了某些淀積技術。
此外，在由激光燒蝕和弧光放電法形成的粉末或煤煙(soot)中所含毫微管都是隨機定向的。但是，當用于作為電子發(fā)射源時，使毫微管梢定向于同一方向有利，如朝向一共同發(fā)射靶。因此，出現(xiàn)了毫微管缺少常規(guī)定向和造成了場致發(fā)射器件其利用的另外困難。
含毫微結構的材料、器件和技術的代表性披露包括如下的。
美國專利No.------(申請序號No.09/296,572，標題為″包括碳毫微管場致發(fā)射極結構的器件和形成該器件的方法″)，披露了一種碳毫微管基的電子發(fā)射極結構，對其披露在此整體引以參考。
美國專利No------(申請序號No.09/351,537，標題為″包括薄膜碳毫微管電子場致發(fā)射極結構的器件″)，披露了一種高發(fā)射電流密度的碳毫微管場致發(fā)射極結構，對其披露在此整體引以參考。
美國專利6,553,096，標題為″利用電子場致發(fā)射陰極的X射線形成機理″，披露了一種插入了由至少部分含毫微結構材料形成的陰極的X射線產生器件，其披露整體在此引以參考。
美國專利申請公告US No.2002/0094064，標題為″大面積單獨可編址的多束X射線體系和其形成方法″，披露了用于產生X-射線的結構和技術，包括多穩(wěn)態(tài)和單獨電學可編址的場致發(fā)射電子源，對其披露整體在此引以參考。
美國專利No.------(申請序號No.10/358,160，標題為″用于控制電子束電流的方法和設備″)，披露了一種X射線產生器件，可通過壓電、熱或光學方法獨立控制電子發(fā)射電流，其披露整體在此引以參考。
美國專利申請公告US No.2002/0140336，標題為″增強電子發(fā)射和點燃特征的涂層電極″)，披露了一種插入了含毫微結構材料的涂層電極結構，其披露整體在此引以參考。
美國專利No.------(申請序號No.10/448,144)，標題為″用于真空和氣體電子學的毫微材料基的電子場致發(fā)射陰極″，披露了插入至少部分基于含毫微結構材料的場致發(fā)射陰極的電子學，其披露整體在此引以參考。
美國專利US 6,385,292，標題為″固態(tài)CT體系和方法″，披露了一種包括由多可編址元素形成的陰極的X射線源，其披露整體在此引以參考。
2003年6月19日登記的美國專利No.------(申請序號10/464,440)，標題為″改良電極及相關器件和方法″，披露了一種包括插入了被嵌在基質材料中的含毫微結構材料的陰極的器件，其披露整體在此引以參考。
因此，需要有一些方法能夠容易地把由弧光放電、激光燒蝕技術等形成的碳毫微管或其它含毫微結構材料插入粘著堅固的場致發(fā)射器件中，同時構成良好導電率和大量朝發(fā)射方向突出的毫微管。
發(fā)明綜述本發(fā)明提供用于包括含毫微結構復合材料的場致發(fā)射器件，諸如陰極的制造和激活方法。使含毫微結構材料與其它微粒材料，諸如(1)包括金屬或合金的導電材料或(2)包括金屬氧化物或鹽的非導電材料相混合。將此混合物，(1)涂在支承結構表面上或，(2)擠壓、燒結或熔化成致密獨立體。此涂層可以是均勻的或有預定結構圖案的。將此獨立體處理成所需的幾何形狀。
可以進一步處理此涂層或獨立體，以改善電子發(fā)射特征。這種改善電子場致發(fā)射特性的方法之一是對表面進行電化學蝕刻?？刹捎酶哳l脈沖進一步調校碳毫微管突出于復合表面。
如上所述形成的涂層，在含毫微結構材料和基片之間構成了比薄碳毫微管薄膜更好的粘著性和導電性。
按照這種理解，本發(fā)明提供一種形成電子發(fā)射極的方法，包括步驟(i)形成含毫微結構的材料；(ii)形成一種含毫微結構材料和基質材料的混合物；(iii)通過電泳淀積，在基片至少一個表面的至少部分上淀積一層該混合物；(iv)燒結或熔化該層，從而形成一種復合材料；和(v)用電化學方法蝕刻該復合材料，以除去其表面上的基質材料，從而暴露含毫微結構的材料。
附圖簡要描述

圖1A和1B是按照本發(fā)明基質-毫微管復合材料的示意圖。
圖2A-2C是按照本發(fā)明蝕刻方法的示意圖。
圖3A-3D是按照本發(fā)明用于形成有一陣列基質-毫微管復合材料結構的基片(如陰極)的技術的示意圖。
圖4A-4E是按照本發(fā)明形成用于場致發(fā)射的一陣列細微焦斑(focalspots)的基片(如陰極)的另一種技術示意圖。
圖5A-5C是按照本發(fā)明構成用于場致發(fā)射的細微焦斑的基片(如陰極)的另一種技術示意圖。
圖6A-6E是按照本發(fā)明用于形成三極管場致發(fā)射結構的一種技術示意圖。
發(fā)明詳述現(xiàn)參考附圖描述按照本發(fā)明的示范結構和技術。
一般，按照本發(fā)明原理實行的方法，可以包括某些或所有以下步驟的組合(1)通過適當技術如弧光放電或激光燒蝕，形成一種含粗毫微結構的原材料；(2)形成一種含毫微結構材料和基質材料的混合物；(3)涂布此混合物至支承面或基片上，或把此混合物形成至獨立體中；(4)擠壓此混合物以改善表面均勻性及/或平坦度；(5)燒結或熔化此混合物；(6)拋光和清洗此燒結后的混合物；(7)蝕刻此燒結后的混合物，以除去基質材料和暴露毫微結構材料；(8)清洗此蝕刻后的混合物；9)鍛燒此蝕刻后的混合物；和(10)調校該蝕刻步驟所暴露的毫微結構材料。
這種處理用預形成的含毫微結構原材料開始，優(yōu)選用一種高縱橫比或含毫微管的材料諸如含碳毫微管材料開始。這種原材料可以包括至少一種單壁(single-walled)碳毫微管、多壁(multi-walled)碳毫微管、硅、氧化硅、鍺、氧化鍺、碳氮化物、硼、氮化硼、二硫屬化物(dichalcogenide)、銀、金、鐵、氧化鈦、氧化gallanium，銦磷化物、或磁性微粒諸如封閉在毫微結構內的Fe、Co、和Ni。按照一組優(yōu)選實施方案，這種含碳毫微管的原材料包括單壁碳毫微管。可以通過任何適用技術，諸如上述弧光放電和激光燒蝕方法，形成這種碳毫微管。
本發(fā)明也考慮到，可以采用原材料組成為BxCyNz(B＝硼、C＝碳和N＝氮)的毫微管結構型，或組成為MS2(M＝鎢、鉬或氧化釩)的毫微管或同心fullerene結構。這些原材料可通過任何適用技術諸如上述放電技術形成。
這種含毫微結構的原材料能夠經受提純?？深A見有許多用于提純這種原材料的技術。例如，可在諸如過氧化物(H2O2)和水的組合的適宜溶劑中，通過回流提純這種原材料，H2O2濃度為1-40體積％，優(yōu)選約20體積％的H2O2，隨后在CS2，并接著在甲醇中清洗，然后加以過濾。按照一種示范技術，對該介質中每1-10毫克的毫微管引入約10-100毫升的過氧化物到該介質中，在20-100℃溫度下進行回流反應(見如US 6,553,096)。
按照另一種技術，將含毫微結構原材料放入適宜液體介質中，諸如酸性介質、有機溶劑或醇優(yōu)選甲醇中。利用大功率的超聲波蜂音器，保持該原材料在液體介質內的懸浮體系幾個小時，同時使該懸浮體系通過一種微孔薄膜。在另一實施方案中，可以在200-700℃溫度下用空氣或在氧環(huán)境中通過氧化提純該原材料。該原材料中的雜質以比毫微管更快的速率被氧化。
在又另一實施方案中，可以通過液相色譜分離毫微結構/毫微管與雜質的方法，提純該原材料。
也可以使毫微結構或毫微管受到縮短其長度的縮短處理。例如，可將其置于強酸中的方法縮短碳毫微管。另外，可通過機械碾磨技術如球磨，截斷或縮短毫微管。
對這種提純后的原材料，不管其是否經過上述縮短處理，也可任選地使之在適宜溫度如100-1200℃下進行鍛燒(annealed)。按照一組優(yōu)選實施方案，此鍛燒溫度是100-600℃。鍛燒此材料一段適宜的時間諸如約1-60分鐘。按照一組優(yōu)選實施方案，鍛燒該材料約1小時。對此材料在真空約10-2乇或在甚至更高真空壓力下進行鍛燒。按照一組優(yōu)選實施方案，此真空為約5x10-7乇。
然后，將此毫微結構或毫微管材料與基質材料合并一起，形成其混合物。此基質材料可以包括能用電化學方法進行蝕刻的導電微粒，諸如金屬、合金或混合物。具體的實例包括Fe、Mg、Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Al、Au、Ag、Sn、Pb、W和Ti、或其混合物。
另外，此基質材料可包括那些在高溫下分解的金屬鹽或氧化物，以提供能被電化學蝕刻的金屬。具體實例包括Fe2O3，、TiO2，MgO，和CaO，或其混合物。
按照一種適用技術，合并此毫微結構或毫微管材料和該基質材料。例如，可在適宜溶劑諸如醇或水中，碾磨或研磨此毫微結構或毫微管材料，對其加入基質材料，并使之碾磨或研磨一起，以獲得其淤漿或懸浮型的均勻混合物。通過對其施加超聲能，可改善該淤漿或懸浮體系的均勻性。
這種懸浮體系可用于形成獨立體110，如圖1A說明，它包括隨機定向的毫微結構或毫微管112及基質114。任選地是，可將此淤漿或懸浮體系干燥成為一種粉末型，然后可將其擠壓或不然對其處理，以使之構成適宜的形狀。
另外，可按照適用技術，將此淤漿涂布至支承面或基片上。這種基片可由任何適宜導電材料諸如金屬、合金、石墨、摻雜硅制成。另外，這種基片可通過涂有導電層諸如銦-氧化錫玻璃、或具有淀積金屬層的玻璃或硅晶片的非導電材料構成。
涂布這種淤漿或懸浮體系的適合技術包括懸浮或溶液鑄塑、噴霧、旋涂、網目印刷、或電泳淀積(EPD)。按圖1B中說明，形成涂層體120，它包括被嵌在基質124內的隨機定向的毫微結構或毫微管122，從而形成一層涂在支承面或基片126上的涂層。
存在于此混合物中的毫微結構或毫微管材料及基質材料的比例可以變化。按照一組示范實施方案，該混合物可包括10重量％毫微管及90重量％基質材料。
按照一組優(yōu)選實施方案，該混合物是通過EPD法淀積在支承面或基片上的?？刹捎萌魏芜m宜的EPD方法。對于示范技術的細節(jié)，參見如美國專利申請，其序號No.60/431,719，即現(xiàn)在為US-----，其內容在此整體引以參考。
一般地，這樣一種技術包括形成此混合物的懸浮體系，如以上所討論的。此懸浮體系中所含該混合物的濃度可以變化。例如，此懸浮體系每1毫升的液體介質可含0.4克的毫微結構或毫微管/基質材料。
任選的是，對此懸浮體系加入一個加載劑(charger)，以促進電泳淀積。可能的加載劑包括MgCl2、Mg(NO3)2、La(NO3)3、Y(NO3)3、AlCl3及氫氧化鈉?？商砑尤魏芜m宜量。按相對于懸浮體系中所含毫微結構或毫微管/基質材料混合物測定量計，其數(shù)量小于1％，最多50％的范圍是可行的。按照一組優(yōu)選實施方案，此懸浮體系可含加載劑在10％以下。
然后，把許多電極引入至懸浮體系中。按照一組優(yōu)選實施方案，采用二個電極。一個電極包括其上待淀積混合物的目標物。預期是任何適宜的目標物或基片材料，只要它具有所需大小的導電率。按照一組優(yōu)選實施方案，此目標物是金屬或摻雜硅。
對電極施加交流電流或直流電流，從而構成電極間的電場。這樣促使懸浮體系中混合物微粒遷移向并附著于基片電極。
電泳淀積可以在高溫或室溫下進行。按照一組優(yōu)選實施方案，上述電泳淀積是在高溫下完成的。預計大約為40-60℃的高溫。
EPD(電泳淀積)可以隨施加的直流電流或交流電流而完成。例如，當施加直流電流時，可以通過選擇加載劑材料，控制毫微結構材料所遷移向的具體電極(即陽極或陰極)。例如，采用負加載劑，諸如氫氧化鈉(NaOH)，給予毫微結構材料一個負電荷，從而對毫微結構材料產生一種向正極(陰極)遷移的傾向。反之，當采用正加載劑材料時，諸如MgCl2，則對毫微結構材料給予一個正電荷，從而對毫微結構材料產生一種向陰極(陽極)遷移的傾向。
當采用交流電場時，可通過選擇交變電流頻率、液體介電常數(shù)，對照毫微結構材料、場濃度及電極幾何形狀，控制毫微結構材料所遷移向的具體電極。
圖2A示意地說明這樣一種EPD方法結構，此結構也適用于電化學蝕刻這種混合物，如以后將描述的那樣。一般地，如圖2A說明，結構200包括一個有正及負極接線端(terminals)的電源210。這些接線端連接在一對電極212及214上。這些電極被沉浸在液體介質216中。對于EPD方法，第一電極包括其上待淀積混合物220涂層的基片218。液體介質216含這種混合物的微粒，及任選一種加載劑及/或其它另外的組分。通過電極間產生的電場使這些微粒極化，使之傾向于推動它們朝向基片212電極和使它們自身附著于其表面?？赏ㄟ^適宜掩模(masking)技術，控制其上淀積該混合物的基片電極212的面積，從而使可能淀積成均勻圖案的涂層。
當通過EPD技術形成涂層時，本發(fā)明方法可任選包括一個在平坦表面上對淀積涂層，如玻璃纖維或金屬板進行擠壓的步驟，從而改善表面的平滑及均勻性。
然后，燒結此涂層或獨立體，以加固毫微結構或毫微管/基質復合材料。此燒結步驟可以例如在300-1200℃下5×10-7乇真空中，進行最多3小時(時間)。
當為獨立體型時，對此燒結體可任選切斷或拋光，和清洗，以構成表面光滑的燒結體，或構成更多個光滑表面。
然后，優(yōu)選蝕刻按上述方法形成的獨立體或涂后基片，以除去該獨立體或涂層至少一個表面至少部分的基質材料層。
此蝕刻可按照任何適用技術實行。但優(yōu)選的是，此蝕刻應通過電化學技術完成的。電化學蝕刻優(yōu)選于其它諸如酸蝕等技術，因為(i)通過控制電源產生的電流，可易于控制蝕刻速率，蝕刻時間；(ii)電化學蝕刻對被蝕刻材料和不應被蝕刻的材料，可構成較高的選擇性；及(iii)電化學蝕刻步驟可易于集成進入也包括EPD的工藝中，因為對此二步驟其基本設備設置是同樣的。實際上，與現(xiàn)有技術相比，按照本發(fā)明結合EPD及電化學蝕刻的方法，使此過程具有某種協(xié)同作用，而能使控制更好、方便并提高效率。
本發(fā)明中所用電化學蝕刻的基本構思類似于電鍍法中所用的構思。如圖2所示，涂后基片構成了電源210的陰極212。另一導電板214，優(yōu)選為不銹鋼或碳電極，連接電源210的負極。此二電極212、214被沉浸在電化學浴液216中。
液體介質或浴液216可以是內含待蝕刻材料元素，即基質材料元素的酸、堿或鹽的含水或非水溶液。原則上，用于電化鍍金屬或合金的浴液均可用于用電化方法蝕刻金屬或合金。例如，只要此涂層220包括鐵/碳毫微管復合材料，鍍Fe所用電化學浴液216可用于蝕刻Fe/耐碳毫微管復合涂層220除去Fe層。在電化學蝕刻過程中，鐵/碳毫微管復合材料中Fe原子在正極212處獲得氧化而溶解于鍍浴液216中，并在負極214處淀積出同樣數(shù)量的Fe原子以達到電中性。此碳材料在電化學反應過程中是很穩(wěn)定的，所以它們一般均經受得住此刻蝕過程。
此蝕刻步驟可以在室溫下或高溫下實行。按照一組選實施方案，此電化學蝕刻步驟在大約30-90℃高溫下完成。
例如，如果此基質材料是Fe，此蝕刻浴液可以是濃度為240g/L的硫酸亞鐵水溶液(FeSO4)。優(yōu)選地是，蝕刻浴液pH值在2.8-3.5之間，浴液溫度在32-66℃之間。電流密度優(yōu)選在20-40安培/平方英尺之間，電壓在1-20伏特之間。
圖2B及2C分別示意說明蝕刻220′之前涂后的基片和蝕刻220″之后涂后的基片。如圖2C說明的那樣，此蝕刻步驟暴露了涂后基片上所需發(fā)射表面的許多毫微結構或毫微管221。
電化學蝕刻之后，任選用去離子水和醇，充分清洗這種(些)結構。然后任選在動態(tài)真空條件下鍛燒它們，以除去在處理過程中引入至該結構中的水分和溶劑。適宜示范鍛燒條件包括在850℃及5×10-7乇下鍛燒1.5小時。
可以以促進調校毫微結構或毫微管電子發(fā)射方向的方式，進一步處理該涂后基片或獨立體。很多技術都是可行的。按照一示范實施方案，可使該涂后后的基片或獨立體受到高頻電壓脈沖處理。其脈沖電壓從幾伏特到幾千個伏特，這取決于陰極和陽極間的距離。其頻率由幾千赫茲到兆赫茲的范圍。優(yōu)選地是幾兆赫。處理時間可以長達幾小時，但優(yōu)選只要幾分鐘。此調校步驟可以在該過程中進行至任何適宜時間，優(yōu)選在蝕刻暴露毫微結構或毫微管之后，和在為電子發(fā)射激勵涂后基片或獨立體之前進行。
在實行如上所述方法的基本框架內，進行很多改進和外推是有可能的?，F(xiàn)描述按照上述本發(fā)明原理施行另外的示范非限制性方法于下。
也可以通過上述方法制造場致發(fā)射陰極，使之具有細微象素尺寸或發(fā)射象素的基質。如圖3A-3D所示，可以通過刮刀或類似器具、旋涂、柵網印刷或電泳的方法，將金屬/碳毫微管糊劑320淀積在蜂窩式(waffled)基片310上。在適當條件下燒結或熔化所涂糊劑，從而提供少量毫微管-金屬復合材料330的淀積物。拋光并用醇充分清洗涂后基片的頂面340。如圖3C所示，使此金屬/碳毫微管復合材料限制在空腔312內。然后，優(yōu)選采用上述電化學技術蝕刻和清洗此結構，以使這些區(qū)域暴露出碳毫微管發(fā)射極350(圖3D)。暴露的毫微管也可受到如上討論的調校處理(alignmenttreatment)。
也可以采用光刻技術，制造同樣的結構，如圖4A-4E所示。將光致抗蝕劑層420淀積在金屬碳毫微管復合球粒或薄膜410上。顯影之后，形成有網孔區(qū)440圖案的結構430。在由網孔440使之暴露于浴液的這些蝕刻區(qū)域，用電化學方法蝕刻顆?；虮∧?10。因此，使碳毫微管發(fā)射極450暴露出來。此暴露的毫微管也可受到如上討論的調校處理。剝去此光敏電阻層430，形成圖案化的陰極460。因為光刻技術可構成微細特征的圖案，故可通過上述方法容易地制成如圖4E所示的具有極細微焦斑的陰極。
也可采用如圖5A-5C所示方法之一，制造帶有細微焦斑或細微焦斑陣列的場致發(fā)射陰極?；◣в锌昭?12的盤510，和帶有空穴516的錐體。按照上述技術將金屬/碳毫微管糊劑520充填入空穴516中，如圖5B所示。優(yōu)選，在高溫下真空鍛燒充填后的空穴，從而形成毫微管金屬復合材料530的淀積物。然后，用電化學方法蝕刻此復合材料530的表面，以保證大量碳毫微管540從圖5C所示的金屬基質中暴露出來。任選，使此暴露的毫微管受到先前所述調校步驟的處理。如有必要，拋光和進一步清潔其正面550，以使發(fā)射材料僅處于空穴中。也可以將此金屬/碳毫微管糊劑從如圖5A大箭頭所示的背面充填進此結構中?？梢栽诔涮钪埃肞ara膠膜或其它薄膜覆蓋正面550和側面560。在充填后，可以剝離它們，使僅空穴516區(qū)域正(發(fā)射)表面具有發(fā)射材料。
也可以用光刻技術制造三極管場致發(fā)射結構，如圖6A-6E所示。將介電層620淀積在碳毫微管/金屬復合材料薄膜或體610上。將導電層630淀積在介電層620上。將光致抗蝕劑層640淀積在導電層630上并使之暴露和顯影?？梢圆捎贸Ｒ?guī)光刻技術制造帶有如圖6B-6E所示網孔650的構圖結構?？梢圆捎秒娀瘜W蝕刻的方法，蝕刻除去此毫微管/金屬復合材料層610，從而暴露其表面上的毫微管發(fā)射極660(圖6D)?？梢匀芜x使此暴露的毫微管660受到調校步驟處理。除去殘留的光致抗蝕劑層。所得三極管場致發(fā)射陰極670示于圖6E中。
上述技術可用于形成用于許多不同器件的電子發(fā)射極，諸如用于平板顯示器、微波真空管、便攜式X線機器件、氣體放電管等等。
盡管參考上述實施方案對本發(fā)明進行了描述，但對于本領域一般技術人員來說，某些改進和變易將是明顯的。因此，本發(fā)明僅受此后所附權利要求項范圍和精神的限制。
權利要求
1.一種形成電子發(fā)射極的方法，此方法包括步驟(i)形成一種含毫微結構的材料；(ii)形成一種包括含毫微結構材料和一種基質材料的混合物；(iii)通過電泳淀積方法在基片至少一個表面的至少部分上淀積一層該混合物；(iv)燒結或熔化該混合物層從而形成一種復合材料；和(v)電化學蝕刻該復合材料，除去其表面上的基質材料，從而暴露含毫微結構的材料。
2.按照權利要求1的方法，還包括步驟在步驟(iii)后擠壓該層，從而改善該層表面光潔度。
3.按照權利要求2的方法，還包括步驟拋光和清洗在步驟(iv)后的復合材料的表面。
4.按照權利要求3的方法，還包括步驟清洗在步驟(v)之后的復合材料。
5.按照權利要求4的方法，還包括步驟鍛燒在步驟(v)后的復合材料。
6.按照權利要求5的方法，還包括步驟調校至少部分暴露的毫微結構材料。
7.按照權利要求1的方法，其中步驟(i)包括通過激光燒蝕或弧光放電技術形成該含毫微結構的材料，該含毫微結構材料包括單壁的碳毫微管。
8.按照權利要求1的方法，還包括在步驟(ii)之前提純該含毫微結構材料的步驟。
9.按照權利要求1的方法，其中含毫微結構的材料包括毫微管，該方法還包括在步驟(ii)之前縮短該毫微管長度的步驟。
10.按照權利要求9的方法，其通過暴露于酸中或用研磨的方法縮短所述毫微管。
11.按照權利要求1的方法，其中該基質材料包括Fe、Mg、Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Al、Au、Ag、Sn、Pb、W、Ti、或其混合物。
12.按照權利要求1的方法，其中在步驟(ii)添加的基質材料包括Fe2O3、TiO2、MgO、CaO；或其混合物。
13.按照權利要求1的方法，其中步驟(ii)包括研磨該含毫微結構材料和基質材料，從而形成一種混合物。
14.按照權利要求1的方法，其中步驟(ii)包括形成一種含毫微結構材料和基質材料的懸浮體系。
15.按照權利要求1的方法，其中基片包括金屬、合金、摻雜硅、石墨、或涂有一層銦-錫-氧化物玻璃或金屬層的非導電材料。
16.按照權利要求1的方法，其中步驟(ii)還包括形成該混合物的一種懸浮體系，對該懸浮體系添加加載劑(charger)，把基片和反電極插入該懸浮體系中，使基片和反電極與電源連接，并對該基片和反電極施加電流，從而促使該混合物極化，使該混合物向該基片的裸露表面遷移并附著于其上。
17.按照權利要求16的方法，其中步驟(iii)還包括掩模至少部分基片，從而在懸浮體系中屏蔽該部分。
18.按照權利要求1的方法，其中步驟(iii)在溫度20-50℃下進行。
19.按照權利要求1的方法，其中步驟(iv)在溫度300-1200℃下進行。
20.按照權利要求1的方法，其中基片的至少一個表面包括有許多空腔的蜂窩式表面(waffled surface)。
21.按照權利要求1的方法，還包括步驟對該基片至少一個表面涂布一層光致抗蝕劑層，并在步驟(iii)之前以形成其中網孔圖案的方式顯影該光致抗蝕劑層，從而網孔暴露了在步驟(iii)的混合物中基片至少一個表面上的選擇部位。
22.按照權利要求21的方法，還包括步驟除去在步驟(iii)后的基片的至少一個表面上的光致抗蝕劑材料。
23.按照權利要求1的方法，其中該基片包括一個盤和一個錐體，它們每一個上都帶有形成用于接收所述混合物的空穴。
24.按照權利要求1的方法，在步驟(iii)之前還包括步驟在基片至少一個表面上淀積一層介電層；在該介電層上淀積一層導電層；在該導電層上淀積一層光致抗蝕劑層；以形成其中網孔圖案的方式顯影該光致抗蝕劑層；和除去通過網孔圖案所暴露的部分介電層和導電層。
25.按照權利要求24的方法，還包括步驟除去在步驟(iii)后的該光致抗蝕劑材料。
全文摘要
一種形成電子發(fā)射極的方法，包括步驟(i)形成一種含毫微結構的材料；(ii)形成一種含毫微結構材料和一種基質材料的混合物；(iii)通過電泳淀積方法在基片至少一個表面的至少部分上淀積一層該混合物；(iv)燒結或熔化該層從而形成一種復合材料；和(v)用電化學方法蝕刻該復合材料，除去其表面上的基質材料，從而暴露含毫微結構的材料。
文檔編號G01N27/26GK1998061SQ03820815
公開日2007年7月11日 申請日期2003年7月2日 優(yōu)先權日2002年7月3日
發(fā)明者高波 申請人:新泰科有限公司